CH652226A5 - Drehzahlregelanordnung. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehzahlregelanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Anordnung ist bekannt aus der DE-PS 1 254 740. Diese zeigt eine Anordnung zur Drehzahlregelung einer Turbine von Elektroaggregaten. Mit dieser Turbine ist ein Tachogenerator gekuppelt, dessen Ausgangsfrequenz vervielfacht wird und dann in einem Ringmodulator eine Wechselspannung vorgegebener Frequenz moduliert. Diese modulierte Frequenz wird - nach Durchlaufen eines Tiefpasses -differenziert, und die differenzierten Impulse aktivieren periodisch den Entladetransistor eines Kondensators, welch letzterer ständig aus einer Stromquelle einen etwa konstanten Ladestrom erhält. Folgen also die differenzierten Impulse dicht aufeinander, so erreicht die Ladespannung an diesem Kondensator nur niedrige Werte. Folgen sie dagegen weniger dicht, so erreicht die Ladespannung an diesem Kondensator höhere Werte. Diese Ladespannung wird mit einem Schwellwertschalter abgefühlt, dessen Ausgangsspannung ihrerseits den Regelvorgang steuert, z.B. ein Ventil, das die Dampfzufuhr zur Turbine öffnet oder schliesst.

Bei dieser bekannten Anordnung handelt es sich also um eine Zweipunkt-Regelanordnung, was für viele Regelzwecke unzureichend ist, und ausserdem müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um zu verhindern, dass bei einem zu schnellen Hochlaufen des zu regelnden Aggregats dieses «durchgeht» und die Drehzahl unkontrolliert ansteigt. Hierzu wird bei der bekannten Anordnung eine besondere Schutzschaltung benötigt. Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, Nachteile der bekannten Anordnung zu vermeiden.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Massnahmen. Man erreicht so eine ausserordentlich gute Auswertung des Informationsgehalts der in der Frequenz enthalten ist, welche der zu regelnden Drehzahl proportional ist, also z.B. der Frequenz eines Tachogenerators. Gleichzeitig erhält man eine Umsetzung dieser Frequenz in ein analoges Signal, z.B. eine Spannung, und die Charakteristik dieser Umsetzung hat eine ausserordentlich steile Kennlinie, d.h. eine solche Anordnung spricht schon auf die kleinsten Drehzahlabweichungen ausserordentlich empfindlich an und ermöglicht dadurch eine extrem empfindliche und genaue Drehzahlregelung.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den abhängigen Ansprüchen. Es zeigt: Fig. 1 ein erstes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Anordnung,

Fig. 2 Schaubilder zur Erläuterung der Fig. 1,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 4 Schaubilder zur Erläuterung der Fig. 3,

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Fig. 5 ein weiteres Schaubild zur Erläuterung der Arbeits- sein Ausgang 58 ist über einen Widerstand 59 mit dem Einweise der Anordnung nach Fig. 1 und gang 52 verbunden.

Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein erster Kondensator 62 von z.B. 30 |iF ist zwischen

Fig. 1 zeigt ein erstes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel. dem Eingang 53 und der Minusleitung 38 geschaltet. Zu sei-

Mit 10 ist dort ein Tachogenerator bezeichnet, der einen per- 5 ner Aufladung dient ein einstellbarer Widerstand 63 von z.B.

manentmagnetischen Rotor 11 hat, welcher vom zu regelnden 200 kOhm, mit dessen Hilfe die gewünschte Drehzahl einge-

Motor 12, hier einem Gleichstrommotor, angetrieben wird stellt werden kann. Dem ersten Kondensator 62 ist ein Entla-

und dessen Statorwicklung mit 13 bezeichnet ist und eine si- deglied in Form eines npn-Transistors 64 zugeordnet, der mit nusförmige Ausgangsspannung 14 erzeugt. Beim Motor 12 seinem Kollektor an den Eingang 53 und mit seinem Emitter handelt es sich meist um einen kollektorlosen Gleichstrom- i0 an die Leitung 38 angeschlossen ist. Seine Basis ist über einen motor, doch eignet sich die Erfindung z.B. in gleicher Weise Widerstand 65 mit dem Punkt 48 verbunden, d.h. bei jedem auch zur Drehzahlregelung einer Turbine oder einer Brenn- positiven Nadelimpuls 16 wird der Transistor 64 kurzzeitig kraftmaschine. voll leitend und entlädt dabei den ersten Kondensator 62

Die Signale 14 werden einer Bandpass- und Impulsfor- weitgehend, so dass das Potential am Eingang 53 dann etwa merstufe 15 zugeführt, welche an ihrem Ausgang positive Na- 15 dem Potential der Leitung 38 entspricht und in der Folge wie-delimpulse 16 liefert, deren Frequenz der des Signals 14 pro- der ansteigt, weil sich der Kondensator 62 über den Ladewi-portional ist. Diese Impulse werden einem f/u-Wandler 17 zu- derstand 63 wieder auflädt. Dies zeigt Fig. 2 in den Zeilen A geführt, an dessen Ausgang 18 man eine analoge Spannung und B. Die positiven Nadelimpulse sind auch dort mit 16 beerhält, die eine Funktion der Drehzahl des Motors 12 ist. zeichnet. Sie bewirken jeweils bei 66 eine Entladung des ersten Diese Spannung wird einem Regelverstärker 19 mit P-I-Ver- 20 Kondensators 62, dessen Ladespannung uC62 in Fig. 2 B darhalten zugeführt, der seinerseits an seinem Ausgang 20 den gestellt ist. Die Schwellwertspannung des Operationsverstär-Sollwert für einen Stromverstärker 21 vorgibt. Bei dieser An- kers 51 ist in Fig. 2 B mit ut bezeichnet. Solange die Spannung Ordnung wird also der Strom im Motor 12 so geregelt, dass am ersten Kondensator 62 ut nicht erreicht, hat der Opera-die Motordrehzahl in sehr engen Grenzen konstant gehalten tionsverstärker 51 an seinem Ausgang ein positives Potential, wird. 25 das in Fig. 2 C mit 67 bezeichnet ist. Uberschreitet die Span-Beim Ausführungsbeispiel läuft der Motor 12 mit 200 U/ nung am ersten Kondensator 62 den Wert ut, so springt das min, und der Tachogenerator 10 gibt dann eine Frequenz von Potential am Ausgang 54 auf einen niedrigen Wert, der in Fig. 200 Hz ab. Deshalb ist die Stufe 15 so ausgelegt, dass sie Fre- 2 C mit 68 bezeichnet ist.

quenzen zwischen 100 und 1000 Hz bevorzugt durchlässt. Für Von den positiven Nadelimpulsen 16 wird ferner noch ein den Anlauf müssen natürlich auch sehr niedrige Frequenzen 30 npn-Rückstelltransistor 71 gesteuert, dessen Kollektor mit durchgelassen werden. Als Tiefpass wirken ein Widerstand 25 dem Eingang 52, dessen Emitter mit der Minusleitung 38 und (100 Ohm) und ein Kondensator 26 (1,5 nF), als Hochpass dessen Basis über einen Widerstand 72 mit dem Punkt 48 verein Kondensator 27 (1 |iF) und ein Widerstand 28 (1,5 bunden ist. Der Rückstelltransistor 71 wird also gleichzeitig kOhm). Zur Impulsformung dient ein Operationsverstärker mit dem Entladetransistor 64 leitend und verbindet den Ein-29, an dessen Ausgang 30 man eine Rechteckspannung 31 er- 35 gang 52 mit der Minusleitung 38. Dadurch entsteht am Aushält, wobei dieser Ausgang über einen hochohmigen Wider- gang 54 ganz kurzzeitig der identische Effekt wie bei einer ho-stand 32 mit dem nichtinvertierenden Eingang von 29 verbun- hen Ladespannung des ersten Kondensators 62, d.h. dieser den ist, der seinerseits über einen Widerstand 33 mit dem ei- Ausgang wird negativer und nimmt das Potential 68 (Fig. nen Ausgang des Tachogenerators 10 verbunden ist, dessen 2 C) an. Da bei diesem Vorgang der erste Kondensator 62 anderer Ausgang über die Serienschaltung des Widerstands 40 noch in der Entladung begriffen ist, ist sichergestellt, dass das 25 und des Kondensators 27 mit dem invertierenden Eingang Potential am Eingang 53 hierbei langsamer absinkt, während von 29 verbunden ist. Dieser eine Ausgang des Tachogenera- die Potentialsenkung am Eingang 52 schlagartig erfolgt, d.h. tors 10 ist ferner über die Parallelschaltung eines Kondensa- dieser Rückstellvorgang wirkt sich in jedem Fall am Ausgang tors 36 (15 nF) und eines Widerstands 37 ( 1 kOhm) mit einer 54 aus. Dies zeigt Fig. 2. Dort sind die Nadelimpulse 16 für negativen Leitung 38 (Masse) verbunden. Eine positive Lei- 45 eine rasch ansteigende Drehzahl dargestellt. In Fig. 2 B errei-tung, die über einen Spannungsregler 39 eine geregelte Span- chen die 5 ersten Sägezähne noch die Spannung ut, die folgen-nung von z.B. + 5 Volt aus einer Gleichspannungsquelle 40 den nicht mehr. Solange ut erreicht wird, zeigt sich die Wirerhält, ist mit 41 bezeichnet. Von der Leitung 41 führt ein Wi- kung des Rückstelltransistors 71 am Ausgang 54 praktisch derstand 44 zu einem Knotenpunkt 45, der über einen den nicht. Der etwas verzögerte, in der Zeichnung übertrieben Widerstand 28 mit dem invertierenden Eingang von 29 und 50 dargestellte Anstieg bei 75 in Fig. 2 C wird durch den Kon-über den Widerstand 33 mit dem nichtinvertierenden Eingang densator 84 verursacht. Wenn ut nicht mehr erreicht wird, beverbunden ist. Die Stufe 15 wandelt also das Sinussignal 14 wirkt jeder Nadelimpuls 16, dass der Rückstelltransistor 71 um in ein Rechtecksignal 31 und bevorzugt dabei Frequenzen leitend wird und dass am Ausgang 54 ein kurzer negativer zwischen 100 und 1000 Hz. Dieselbe Stufe 15 wird auch ver- Nadelimpuls 76 auftritt. Diese Nadelimpulse 76 verhindern, wendet beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und ist deshalb 55 dass die Drehzahl bei Überschreiten des Sollwerts ungehin-dort nicht nochmals dargestellt. dert ansteigt und haben somit eine wichtige Funktion. Ihre

Zur Differenzierung der Rechtecksignale am Ausgang 30 Erzeugung über den Rückstelltransistor 71, der auf den Eindient ein Differenzierglied, das aus einem Kondensator 46 gang des Operationsverstärkers 51 wirkt, hat sich als beson-und einem Widerstand 47 besteht, an deren Verbindungs- ders vorteilhaft erwiesen, weil durch den ersten Kondensator punkt 48 man die Nadelimpulse 16 erhält, von denen nur die 60 62 eine sehr günstige kleine zeitliche Verzögerung auftritt, die positiven verwendet werden. man hier in sehr geschickter Weise ausnützt, und weil der Der f/u-Wandler 17 enthält einen Operationsverstärker Rückstelltransistor 71 die Form des Ausgangssignals am 51, der als Schwellwertglied dient und deshalb als Kompara- Ausgang 54 (Fig. 2 C) dann nicht beeinflusst, wenn die Drehtor geschaltet ist. Sein nichtinvertierender Eingang ist mit 52, zahl zu niedrig ist.

sein invertierender Eingang mit 53 und sein Ausgang mit 54 65 Wie wird das Signal am Ausgang 54 weiterverarbeitet? bezeichnet. Zwischen 52 und 54 liegt ein hochohmiger Wider- An den Ausgang 54 ist die Kathode einer Diode 80 angestand 55. Ein Spannungsteiler aus zwei gleichen Widerstän- schlössen, deren Anode über einen Widerstand 81 mit dem den 56,57 ist zwischen die Leitungen 41 und 38 geschaltet; Kollektor eines pnp-Transistors 82 und der einen Elektrode

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eines zweiten Kondensators 83 verbunden ist, welche Elek- und 98 hegen zwei Dioden 103 in Antiparallelschaltung und trode ihrerseits über einen Widerstand 84 mit dem Ausgang begrenzen dadurch das Ausgangssignal des Regelverstärkers 18 verbunden ist, der seinerseits über einen Widerstand 85 mit 19 und damit den Strom im Motor 12.

der Anode der Diode 80 verbunden ist. Die andere Elektrode Wie man aus Fig. 5 sieht, liegt bei der gewünschten Dreh-des zweiten Kondensators 83, welcher z.B. einen Wert von 10 5 zahl die Spannung uI8 etwa beim halben Wert von U41, |aF haben kann, und der Emitter des Transistors 82 sind mit d.h.dann haben die beiden Eingänge von 92 etwa dasselbe Po-der Plusleitung 41 verbunden. Der Transistor 82 dient als La- tential. Oberhalb dieser Drehzahl ist u[8 so hoch, dass der dungsnormalisierungsglied für den Kondensator 83, d.h. Operationsverstärker 92 sperrt und der Motor 12 keinen wenn er leitend wird, normalisiert er die Ladung dieses Kon- Strom erhält. Bei einer zu niedrigen Drehzahl dagegen ist u18 densators auf den Wert Null. Seine Basis ist über einen Wi- 10 zu klein, das Signal am Ausgang 20 wird gross, und der Strom derstand 83' mit der Plusleitung 41 und über einen Kondensa- im Motor 12 wird auf den zulässigen Maximalwert geregelt, tor 84' mit dem Ausgang 54 verbunden, der seinerseits über ei- Der Stromregler 21 enthält einen Operationsverstärker nen Widerstand 85' mit der Plusleitung 41 verbunden ist. 105, der einen Leistungstransistor 106 im Stromkreis des Mo-

Wenn der Ausgang 54 zum Zeitpunkt tl (Fig. 2 C) vom tors 12 steuert. Zur Strommessung dient ein Messwiderstand Potential 67 auf das negativere Potential 68 springt, so wird 15 107 von 0,1 Ohm, dessen Spannung über einen Widerstand über den Kondensator 84' der als Ladungsnormalisierungs- 108 dem nichtinvertierenden Eingang 109 von 105 zugeführt glied dienende Transistor 82 kurzzeitig leitend gemacht und wird, der über einen Widerstand 110 an den Abgriff 111 eines entlädt den zweiten Kondensator 83. Fig. 2 D zeigt das Po- Potentiometers 112 angeschlossen ist, das an der geregelten tential u86 an der (unteren) Elektrode 86 des zweiten Konden- Ausgangsspannung des Reglers 39 liegt und dazu dient, den sators 83. Beim Entladen springt dieses Potential auf das Po- 20 Stromregler 21 an den Pegel des Regelverstärkers 19 anzupas-tential der Plusleitung 41, das in Fig. 2 D mit U4] bezeichnet sen. Der Ausgang 93 des Operationsverstärkers 92 ist über ei-ist. Die Ladespannung des Kondensators 83 ist in Fig. 2 D nen Widerstand 113 mit dem invertierenden Eingang von 105 mit uC83 bezeichnet, die Spannung zwischen dem Ausgang 18 verbunden, der seinerseits über einen Widerstand 114 an die und der Minusleitung 38 ist in Fig. 2 mit U]8 bezeichnet. Wie negative Leitung 38 angeschlossen ist. Das Potentiometer 112 man aus Fig. 2 D ersieht, addieren sich u18 und uC83 zusam- 25 dient zur Pegelanpassung des Stromreglers 21 an den Regeimen zu einem Wert, welcher der Ausgangsspannung des Verstärker 19.

Spannungsreglers 39 entspricht, also z.B. 5 V. Für die Weiter- Wenn also der Regelverstärker 19 ein grosses Signal ab-verarbeitung im Regelverstärker 19 verwendet man die Span- gibt, wird auch der Strom im Motor 12 auf einen grossen nungu18. Wert geregelt. Steigt die Drehzahl, so wird der Strom im Mo-

Nach der Entladung zum Zeitpunkt tj wird der zweite 30 tor immer kleiner, und bei Überschreiten der gewünschten Kondensator 83 so lange über die Diode 80 und den Wider- Drehzahl wird der Strom im Motor 12 dank der beschriebe-stand 81 aufgeladen, bis zum Zeitpunkt t2 das Potential am nen Sicherheitsmerkmale (Rückstelltransistor 71) sicher zu Ausgang 54 wieder auf einen positiven Wert springt. Der Null, so dass ein Hochlaufen auf überhöhte Drehzahlen mit

Wert der Spannung uC83, den der zweite Kondensator 83 er- Sicherheit vermieden wird.

reicht, ist also ein direktes Mass für den Abstand der Zeit- 35 Die Fig. 3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel punkte t! und t2, und dieser Abstand ist in Fig. 2 C mit Delta t der Erfindung. Der in Fig. 3 dargestellte Teil entspricht dem bezeichnet. Dieser Wert Delta t ist bei niedrigen Drehzahlen f/u-Wandler 17 der Fig. 1. Die übrigen Teile sind nicht noch-gross, und folglich ist auch uC83 dann gross und uI8 klein. Mit mais dargestellt. Gleiche oder gleichwirkende Teile wie in Fig. zunehmender Drehzahl wird Delta t immer kleiner, folglich 1 werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie dort wird auch uC83 immer kleiner, und u18 wird immer grösser, bis 40 und gewöhnlich nicht nochmals beschrieben, der Maximalwert von u]8, nämlich U4], erreicht ist. Diese Ab- Der erste Kondensator 62, sein Ladewiderstand 63, sein hängigkeit von der Frequenz zeigt Fig. 5 in einem Schaubild: Entladeglied 64 und das Differenzierglied 46,47 stimmen mit Mit steigender Frequenz steigt in einem sehr kleinen Fre- Fig. 1 überein. Der Anschluss 58 des Spannungsteilers 56, 57

quenzbereich von wenigen Hertz (typisch 1/50 bis 1/200 der ist hier direkt mit dem nichtinvertierenden Eingang 52 verFrequenz bei der geregelten Drehzahl) und der Wert von u18 45 bunden.

monoton von etwa Null auf etwa U41. Ein npn-Rückstelltransistor 120 ist hier über einen Wider-

Wird die gewünschte Drehzahl eo0 überschritten, weil der stand 121 an den Punkt 48 angeschlossen, so dass er bei jedem Motor sehr rasch hochgelaufen ist, so bewirken die negativen positiven Nadelimpuls 16 leitend wird. Er ist mit seinem Kol-Nadelimpulse 76 (Fig. 2 C) am Ausgang 54, dass bei jedem lektor an den Ausgang 54 und mit seinem Emitter an die ne-Nadelimpuls der zweite Kondensator 83 neu durch das La- so gative Leitung 38 angeschlossen, so dass er also, wenn er lei-dungsnormalisierungsglied 82 entladen wird, d.h. an diesem tend ist, den Ausgang 54 etwa auf das Potential der negativen Kondensator kann kein falscher Wert gespeichert bleiben. Leitung 38 legt.

Würden diese Nadelimpulse 76 nicht erzeugt, so würde der Der zweite Kondensator 123 ist hier mit seiner einen Elek-

Spannungswert am Kondensator 83 der in Fig. 2 D mit 90 be- trode an die negative Leitung 38 angeschlossen und wird über zeichnet ist, gespeichert bleiben und eine zu niedrige Drehzahl 55 ein Konstantstromglied 124 von der positiven Leitung 41 her vortäuschen. Dies wird also durch die Nadelimpulse 76 in mit einem Strom I aufgeladen, wenn der Ausgang 54 ein nied-sehr zuverlässiger Weise und mit einfachstem Aufwand ver- riges Potential hat. Zur Einstellung dieses Konstantstroms hindert. dient ein verstellbarer Widerstand 125. Zur Ansteuerung von

Das Signal u18 wird dem Regelverstärker 19 zugeführt. 124 dient ein Widerstand 126, der an den Ausgang 54 ange-Dieser enthält einen Operationsverstärker 92, dessen Aus- «o schlössen ist.

gang 93 über eine P-I-Rückführung (Serienschaltung des Wi- Ein Ladungsnormalisierungsglied in Form eines npn-derstands 94 mit dem Kondensator 95) mit dem invertieren- Transistors 127 ist vorgesehen, um den zweiten Kondensator den Eingang 96 verbunden ist. Zur Filterung ist parallel zur 123 jedesmal zu entladen, wenn das Potential am Ausgang 54 PI-Rückführung 94,95 ein Kondensator 97 geschaltet. Der auf einen niedrigeren Wert springt. Hierzu ist der Ausgang 54 nichtinvertierende Eingang 98 ist über einen Widerstand 99 65 über einen Kondensator 128 mit der Basis eines pnp-Transi-mit dem Ausgang eines Spannungsteilers aus zwei etwa gleich stors 129 verbunden, die über einen Widerstand 130 mit der grossen Widerständen 101,102 verbunden, der an die Leitun- positiven Leitung 41 verbunden ist, an die auch der Emitter gen 41 und 38 angeschlossen ist. Zwischen den Eingängen 96 des Transistors 129 angeschlossen ist. Sein Kollektor ist über

einen Widerstand 131 mit der Basis des Transistors 127 verbunden, die ihrerseits über einen Widerstand 132 mit der negativen Leitung 38 verbunden ist.

Zur Erläuterung von Fig. 3 wird auf Fig. 4 Bezug genommen. Die Zeilen A und B stimmen mit den Zeilen A und B von Fig. 2 überein, so dass darauf Bezug genommen werden kann.

Wenn die Spannung am ersten Kondensator 62 den Wert ut überschreitet, wird der Ausgang 54 schlagartig negativer und nimmt ein Potential 135 an, wie das in Fig. 4 C bei t3 dargestellt ist. Wird dann der erste Kondensator 62 durch den Transistor 64 entladen (Zeitpunkt t4), so wird das Ausgangssignal am Ausgang 54 wieder positiver und nimmt ein Potential 136 an.

Der Potentialsprung zum Zeitpunkt t3 macht den Transistor 129 und über ihn auch den Transistor 127 kurzzeitig leitend und entlädt den zweiten Kondensator 129, wie das in Fig. 4 D bei 137 dargestellt ist. Anschliessend wird der zweite Kondensator 123 über das Konstantstromglied 124 mit dem Konstantstrom I bis zum Zeitpunkt t4 aufgeladen. Zum Zeitpunkt t4 sperrt das Konstantstromglied 124, da das Potential am Ausgang 54 wieder den Wert 136 annimmt, und der Kondensator 123 behält die erreichte Spannung uCI23 so lange bei, bis dieser Kondensator bei 137 erneut entladen wird.

Diese Schaltung nach Fig. 3 arbeitet an sich vorzüglich, doch kann sich durch unterschiedliche Signallaufzeiten ein sogenannter Glitch ergeben, der die Regelung stört. Durch die Nadelimpulse 16 wird nämlich wie erläutert der Transistor 120 kurzzeitig leitend gesteuert und erniedrigt dabei das Potential am Ausgang 54. Wenn dieser Vorgang zusammen mit einer Rückflanke des Signals u54 (Fig. 4 C) erfolgt, stört das nicht, aber wenn dieser Vorgang kurzzeitig vorher oder kurzzeitig danach auftritt, kann er stören. Fig. 4 C zeigt bei 140 einen solchen unerwünschten Zusatzimpuls, der durch das Leitendwerden des Transistors 120 verursacht ist. Dieser Impuls 140 bewirkt über den Kondensator 128, dass die Transistoren 129 und 127 kurzzeitig leitend werden und den zweiten Kondensator 123 zur Unzeit entladen, wie das in Fig. 4 D bei 141 dargestellt ist. Dies täuscht dem Regler eine zu hohe Drehzahl vor, d.h. es entsteht ein falscher Regelvorgang. Solche störenden Impulse treten erfahrungsgemäss bei Schaltungen nicht auf, die aus einzelnen Bauelementen aufgebaut sind, können aber bei integrierten Schaltungen auftreten, d.h. für integrierte Schaltungen eignet sich die Schaltung nach Fig. 1 besser.

Wie man aus Fig. 4 D entnimmt, fällt mit steigender Drehzahl die mittlere Spannung uCI23 am zweiten Kondensator 123. Man muss deshalb beim Regelverstärker 19 (Fig. 1) die Anschlüsse 96 und 98 vertauschen, um ein richtiges Regelverhalten zu erzielen. Im übrigen können Regelverstärker 19 und Stromregler 21 gleich aufgebaut sein wie bei Fig. 1.

Bei Überschreiten der gewünschten Drehzahl bleibt die Spannung am ersten Kondensator 62 ständig unter dem Wert ut, und der Operationsverstärker 51 ändert daher sein Ausgangssignal nicht mehr, d.h. der zuletzt am zweiten Kondensator 123 gespeicherte Wert (142 in Fig. 4) würde dauernd erhalten bleiben. Da aber der Transistor 120 bei jedem Nadelimpuls 16 kurzzeitig leitend wird, entstehen am Ausgang 54 auch in diesem Fall kurzzeitige negative Nadelimpulse 150, welche den Transistor 127 aktivieren und den zweiten Kondensator 123 entladen. Der im zweiten Kondensator 123 gespeicherte Wert bleibt dann also so lange gleich Null, bis die Drehzahl wieder unter die gewünschte Drehzahl gefallen ist. Es kann also auch hier am zweiten Kondensator 123 kein falscher Wert gespeichert bleiben, und der Spannungswert an diesem Kondensator wird laufend aktualisiert.

Fig. 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Variante zu Fig. 1. Gleiche oder gleichwirkende

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Teile wie in Fig. 1 werden in Fig. 6 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und gewöhnlich nicht nochmals beschrieben. Die Variante betrifft nur den in Fig. 1 mit 17 bezeichneten f/u-Wandler. Die übrigen Teile der Schaltung sind mit Fig. 1 identisch. Der abgewandelte f/u-Wandler ist in Fig. 6 mit 152 bezeichnet.

Bei Fig. 6 entfällt gegenüber Fig. 1 der Transistor 71 samt zugehörigen Teilen. Die Schaltung des Entladetransistors 64 ist im wesentlichen gleich wie bei Fig. 1. Der Widerstand 47 liegt direkt zwischen Basis und Emitter des Transistors 64. Zwischen dem Ausgang 30 des Operationsverstärkers 29 und der Basis des Transistors 64 liegt eine Reihenschaltung aus dem Kondensator 46 und dem Widerstand 65. Der Kondensator 46 und die Widerstände 65,47 wirken wie bei Fig. 1 als Differenzierglied, so dass der Transistor 64 bei jeder positiven Flanke des Signals 31 kurzzeitig leitend wird und den ersten Kondensator 62 entlädt, wie das bei Fig. 1 ausführlich beschrieben wurde. Auch hier arbeitet der Operationsverstärker 51 als Vergleicher, d.h. das Potential seines Ausgangs 54 wird sprunghaft negativer, wenn das Potential an seinem Eingang 53 dasjenige am Eingang 52 übersteigt, wie das in Verbindung mit Fig. 1 ausführlich beschrieben wurde, und es wird dann zunächst - beim negativen Potentialsprung - über den Transi-stor 82 der zweite Kondensator 83 entladen, und anschliessend wird, solange der Ausgang 54 negativ bleibt, der Kondensator 83 über den Widerstand 81 und die Diode 80 aufgeladen, so dass seine Ladung ein Mass für die aktuelle Drehzahl ist. Diese Ladespannung am zweiten Kondensator 83 wird dann über die Leitung 18 dem Regelverstärker 19 zugeführt und dort so weiterverarbeitet, wie das bei Fig. 1 ausführlich beschrieben wurde.

Wenn die Drehzahl zu hoch wird, bleibt das Potential am Ausgang 54 an sich dauernd positiv, weil der erste Kondensator 62 nicht mehr die erforderliche Ladespannung erreicht. Die am zweiten Kondensator 83 gespeicherte Ladung würde daher festgehalten werden, und es würde dem Regler ständig eine zu niedrige Drehzahl vorgetäuscht, wie das in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 (dortiges Bezugszeichen 90) bereits beschrieben wurde.

Um dies zu verhindern, ist ein zweites Differenzierglied an den Ausgang 30 angeschlossen, und zwar liegt zwischen dem Ausgang 30 und dem invertierenden Eingang 53 die Reihenschaltung eines kleinen Kondensators 153 (z.B. 22 pF) und eines Widerstands 154 (z.B. 2,2 kOhm). Ferner ist zur Entkopplung (vergleichbar dem Widerstand 59 in Fig. 1) ein relativ hochohmiger Widerstand 155 (z.B. 47 kOhm) zwischen den invertierenden Eingang 53 und den Kollektor des Transistors 64 geschaltet.

Springt nun das Potential am Ausgang 30 auf einen positiveren Wert, so wird zum einen der Transistor 64 leitend gesteuert und entlädt den ersten Kondensator 62, was aber eine bestimmte Zeit dauert. Gleichzeitig wird über das aus dem Kondensator 153 und dem Widerstand 154 bestehende Differenzierglied dem invertierenden Eingang 53 ein kurzer positiver Nadelimpuls 156 zugeführt, wodurch ganz kurzzeitig ein negativer Nadelimpuls am Ausgang 54 des Vergleichers 51 erscheint. Dieser negative Nadeümpuls steuert kurzzeitig den pnp-Transistor 82 leitend und bewirkt dadurch eine Entladung des zweiten Kondensators 83 auch in diesem Falle, also dann, wenn die Drehzahl zu hoch ist, so dass dem Regelverstärker 19 keine zu niedrige Drehzahl vorgetäuscht wird, sondern der Kondensator 83 tatsächlich eine Spannung annimmt, welche einer zu hohen Drehzahl entspricht. Andererseits ist dieser negative Nadelimpuls so kurz, dass sich der Kondensator 83 während seiner Dauer über R81 nicht aufladen kann.

Der relativ grosse Widerstand 155 verhindert, dass die positiven Nadelimpulse 146 durch den ersten Kondensator 62

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kurzgeschlossen werden und entkoppelt also diese Signalquellen voneinander.

Bei der Variante nach Fig. 6 werden die differenzierten Nadelimpulse 156 nicht verstärkt, sondern direkt dem Eingang 53 zugeführt. Dadurch ergibt sich eine minimale Laufzeit dieser Impulse, und es können nicht die Störeffekte auftreten, wie sie bei Fig. 3 und 4 im Zusammenhang mit den Bezugszahlen 140 und 141 beschrieben wurden, weil sich dort relativ lange Laufzeiten ergeben hatten. Die Variante nach Fig. 6 ist also ausserordentlich einfach und ausserdem - wegen der extrem kurzen Signallaufzeiten - sehr betriebssicher und zuverlässig.

Falls erforderlich, kann man bei der Variante nach Fig. 6 den Kondensator 153 weglassen und dafür den Widerstand 5 154 zwischen dem Kondensator 46 und dem Widerstand 65 anschliessen, wie das durch die gestrichelte Linie 157 angedeutet ist. Man spart dadurch einen Kondensator, was bei der Verwendung einer integrierten Schaltung Vorteile bringen kann. Der Kondensator 46 (z.B. 220 pF) ist dann beiden Dif-io ferenziergliedern gemeinsam.

C

3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

652 226 PATENTANSPRÜCHE

1. Drehzahlregelanordnung mit folgenden Merkmalen:

a) es ist ein erster Kondensator mit einem Ladekreis und einem Entladeglied vorgesehen, welch letzteres im Betrieb periodisch und mit einer von der zu regelnden Drehzahl anhängigen Frequenz jeweils kurzzeitig eingeschaltet wird und dabei jeweils den ersten Kondensator entlädt;

b) die Spannung am ersten Kondensator ist einem Schwellwertglied zuführbar, welches bei Überschreiten eines vorgegebenen Spannungswerts am ersten Kondensator ein Ausgangssignal abgibt;

c) das Ausgangssignal des Schwellwertgliedes beeinflusst den Regelvorgang;

dadurch gekennzeichnet, dass d) das Ausgangssignal (u54) des Schwellwertglieds (51) zur Steuerung des Ladezustands eines zweiten Kondensators (83; 123) dient,

e) dass die Spannung an diesem zweiten Kondensator (83; 123) direkt oder indirekt als Regelgrösse für die Drehzahlregelung dient,

f) dass dem zweiten Kondensator (83; 123) ein aktives Ladungsnormalisierungsglied (82; 127) zugeordnet ist, und g) dass Mittel (71; 120; 153 bis 155) vorgesehen sind, welche vor jeder neuen durch das Ausgangssignal des Schwellwertglieds (51) bewirkten Änderung des Ladezustands des zweiten Kondensators (83; 123) dieses aktive Ladungsnormalisierungsglied (82; 127) aktivieren, um den Ladezustand des zweiten Kondensators (83; 123) vor jedem neuen Ladevorgang auf einen vorgegebenen Wert zu bringen.

2. Drezahlregelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladungsnormalisierungsglied (82; 127) des zweiten Kondensators (83; 123) über ein Differenzierglied (83', 84'; 128,130) an den Ausgang (54) des Schwellwertglieds (51) so angeschlossen ist, dass es beim Auftreten des Ausgangssignals (Fig. 2 C; Fig. 4 C) oder eines äquivalenten Signals an diesem Ausgang (54) aktivierbar ist.

3. Drehzahlregelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwellwertglied (51) als Vergleicher ausgebildet ist, und dass einem Eingang (52 oder 53) des Vergleichers (51) jeweils gleichzeitig mit der Ansteuerung des Entladeglieds (64) für den ersten Kondensator (62) ein Ansteuerimpuls zuführbar ist, der den Vergleicherausgang (54) in einen charakteristischen Zustand (Fig. 2 C: Potential 68) bringt, welcher dem erwähnten Ausgangssignal etwa äquivalent ist (Fig. 1,2; 6).

4. Drehzahlregelanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Ansteuerimpulses ein Differenzierglied (153,154) vorgesehen ist, welches synchron mit der Ansteuerung für das Entladeglied (64) des ersten Kondensators (62) ansteuerbar ist und dessen Ausgangssignal (156) direkt einem Eingang (53) des Vergleichers (51) zuführbar ist.

5. Drehzahlregelanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Ansteuerimpulses ein Verstärkerglied (71) vorgesehen ist, welches synchron mit der Ansteuerung für das Entladeglied (64) des ersten Kondensators (62) ansteuerbar ist und welches im aktivierten Zustand das Potential eines Eingangs (52) im erforderlichen Sinne verändert.

6. Drehzahlregelanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entkoppelung des Ansteuerimpulses (z.B. 156) von einer anderen, dem betreffenden Vergleichereingang zugeordneten Signalquelle ein relativ hoch-ohmiger Widerstand (59; 155) zwischen dieser Signalquelle (56,57; 62,64) und dem betreffenden Vergleichereingang vorgesehen ist.

7. Drehzahlregelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschaltimpulse (16) für das dem ersten Kondensator (62) zugeordnete Entladeglied (64) einem dem Ausgang (54) des Schwellwertglieds (51) zugeordneten Schaltglied (120) zuführbar sind, welches bei Auftreten eines solchen Einschaltimpulses (16) am Ausgang (54) des Schwellwertglieds (51) ein Signal (150) bewirkt, das dem erwähnten Ausgangssignal (Fig. 4 C) etwa äquivalent ist (Fig. 3,4).

8. Verwendung einer Drehzahlregelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Drehzahlregelung eines langsamlaufenden Motors zum Direktantrieb eines Plattenspielers, bei welchem für die Drehzahlregelung nur eine relativ niedrige drehzahlproportionale Frequenz verfügbar ist, oder eines schnellaufenden Motors, bei welchem pro Rotorumdrehung nur ein einziger Regelimpuls erzeugt wird.