DE1090295B - Circuit arrangement for the supply circuit of electric motors, especially small shunt motors - Google Patents

Circuit arrangement for the supply circuit of electric motors, especially small shunt motors

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DE1090295B
DE1090295B DEM41841A DEM0041841A DE1090295B DE 1090295 B DE1090295 B DE 1090295B DE M41841 A DEM41841 A DE M41841A DE M0041841 A DEM0041841 A DE M0041841A DE 1090295 B DE1090295 B DE 1090295B
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transistor
collector
circuit
base
voltage
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DEM41841A
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German (de)
Inventor
Chester Conrad Shaw
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Original Assignee
Minnesota Mining and Manufacturing Co
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    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
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    • H02P7/2885Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using variable impedance whereby the speed is regulated by measuring the motor speed and comparing it with a given physical value

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Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für die Regulierung des Speisestromkreises von Elektromotoren, insbesondere kleinen Nebenschlußmotoren, bei der ein spannungsregelndes, mit der Stromquelle in Reihe geschaltetes Widerstandselement benutzt wird.The invention relates to a circuit arrangement for regulating the supply circuit of electric motors, especially small shunt motors, where a voltage regulating, with the power source series-connected resistor element is used.

Beim Betrieb eines Nebenschlußmotors mit konstanter Geschwindigkeit bzw. Drehzahl bei schwankender Belastung und konstantem Feldstrom ändert sich der Läuferstrom direkt proportional mit der Belastung, während die Läuferspannung bei zunehmendem Strom ansteigt, um den steigenden Spannungsabfall an dem Läuferwiderstand auszugleichen. Soll daher eine konstante Drehzahl beibehalten werden, dann muß der Läufer an eine Stromquelle angeschlossen werden, die entweder eine negative Regulierung ermöglicht oder einen Reihenwiderstand aufweist, der negativ ist und etwa gleich dem äquivalenten Reihenwiderstand des Läufers ist, damit der wirksame Gesamtwiderstand des Läuferkreises praktisch Null ist und die induzierte Spannung bzw. gegenelektromotorische Kraft in der Läuferwicklung konstant gehalten wird.When operating a shunt motor with constant speed or speed with fluctuating Load and constant field current, the rotor current changes in direct proportion to the load, while the rotor voltage increases with increasing current, by the increasing voltage drop across the To compensate for rotor resistance. Therefore, if a constant speed is to be maintained, then the must Runner can be connected to a power source that allows either negative regulation or has a series resistance which is negative and approximately equal to the equivalent series resistance of the Rotor is so that the effective total resistance of the rotor circuit is practically zero and the induced Voltage or counter-electromotive force in the rotor winding is kept constant.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die es ermöglicht, kleine Nebenschlußmotoren bei schwankender Belastung mit denkbar einfachen Mitteln mit konstanter Drehzahl zu betreiben.The invention is based on the object of creating a circuit arrangement which makes it possible to small shunt motors with fluctuating load with very simple means with constant Speed to operate.

Die Erfindung geht von einer Schaltungsanordnung mit einem spannungsregelnden, mit der Stromquelle in Reihe geschalteten negativen Widerstandselement aus und löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß dem WMerstandselement eine Schutzvorrichtung zugeordnet ist, die bei einer unter einem bestimmten Wert liegenden, an den Motoranschlußklemmen auftretenden Impedanz die Größe der an dem Widerstandselement liegenden Spannung begrenzt.The invention is based on a circuit arrangement with a voltage-regulating current source series-connected negative resistance element and solves the problem in that the A protective device is assigned to the WMstand element, which is activated when a value falls below a certain value lying, occurring at the motor terminals impedance the size of the resistor element lying voltage is limited.

Bei einer bevorzugten Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist das negative Widerstandselement ein Transistor, dem ein Hilfsstromkreis zugeordnet ist, der die Impedanz des Transistors nach Maßgabe der Änderungen der Stromaufnahme des Elektromotors steuert, wobei die Schutzvorrichtung in dem Hilfsstromkreis liegt.In a preferred circuit arrangement according to the invention, the negative resistance element is a Transistor to which an auxiliary circuit is assigned, which reduces the impedance of the transistor in accordance with the Changes in the current consumption of the electric motor controls, the protection device in the auxiliary circuit lies.

Bei kleinen regulierten Stromversorgungsanlagen ergibt die Verwendung von Transistoren zur Regulierung und Steuerung offensichtlich Vorteile, insbesondere hinsichtlich des Raumbedarfes bzw. der gedrungenen Bauart, des Wirkungsgrades und der Einfachheit der Schaltung, jedoch treten bei den üblichen Schaltungen dieser Art Schäden bei den Transistoren, insbesondere beim Anlassen und bei Überlastungen auf, und zwar infolge von Überspannungen am Transistor oder übermäßiger Leistungsvernichtung oder -aufnahme im Transistor oder aus beiden Gründen.In small regulated power systems, the use of transistors for regulation results and control have obvious advantages, especially with regard to the space requirements or the compact ones Design, efficiency and simplicity of the circuit, however, occur with the usual Circuits of this type damage the transistors, especially when starting and when overloaded due to overvoltages on the transistor or excessive power dissipation or - inclusion in the transistor or for both reasons.

SchaltungsanordnungCircuit arrangement

für .den Speisestromkreisfor .the supply circuit

von Elektromotoren, insbesondereof electric motors, in particular

kleinen Nebenschlußmotorensmall shunt motors

Anmelder:Applicant:

Minnesota MiningMinnesota Mining

and Manufacturing Company,and Manufacturing Company,

St. Paul, Minn. (V. St. A.)St. Paul, Minn. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,Representative: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg,
München 27, Pienzenauer Str. 2, Patentanwälte
and Dipl.-Ing. K. Grentzenberg,
Munich 27, Pienzenauer Str. 2, patent attorneys

Beanspruchte Priorität:
V. St.,v. Amerika vom 17. Juni 1958
Claimed priority:
V. St., v. America June 17, 1958

Chester Conrad Shaw, Burbank (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden
Chester Conrad Shaw, Burbank (V. St. A.),
has been named as the inventor

Eine Ausführungsform der Erfindung stellt einen Steuerkreis mit Transistoren mit wirksamem Schutz des Transistors gegen Überspannungen und übermäßiger Leistungsvernichtung auf.One embodiment of the invention provides a control circuit with transistors with effective protection of the transistor against overvoltages and excessive power dissipation.

Kurz gesagt liegt bei dieser Ausführungsform der Läufer des Motors in Reihe mit einer Stromquelle und einem Stromreglerkreis, der einen negativen Widerstand von so großem Wert hat, daß der Gesamtoder tatsächliche Serienwiderstand des Stromkreises praktisch Null ist. Daher ist die Stromquelle, die aus einer Spannungsquelle und dem Regelkreis besteht, einer idealen konstanten Spannungsquelle in Reihe mit einem negativen Widerstand äquivalent. Der Stromregelkreis weist zwei Transistoren auf, die so geschaltet sind, daß die Basis des einen Transistors an den Kollektor des anderen angeschlossen ist. Der erste von diesen beiden Transistoren liegt mit seinem Emitter und Kollektor in Reihe mit dem Läufer des Motors und einer Stromquelle. Außerdem liegt in diesem Kreis zwischen dem Kollektor des ersten Transistors und eier Stromquelle ein kleiner Vorschaltwiderstand, damit sich ein dem Läuferstrom proportionaler Spannungsabfall ergibt. Dieser Widerstand bildet außerdem einen Teil des Basis-Emitter-Kreises des zweiten Transistors, wobei die StrömeIn short, in this embodiment the rotor of the motor is in series with a power source and a current regulator circuit which has a negative resistance of such a value that the total or actual series resistance of the circuit is practically zero. Hence the power source that is out a voltage source and the control loop, an ideal constant voltage source in series with a negative resistance equivalent. The current control loop has two transistors that look like this are connected so that the base of one transistor is connected to the collector of the other. The first of these two transistors has its emitter and collector in series with the armature of the Motor and a power source. Also in this circle lies between the collector of the first Transistor and a power source a small series resistor, so that there is a voltage drop proportional to the rotor current. This resistance also forms part of the base-emitter circuit of the second transistor, whereby the currents

009 610/292009 610/292

durch den zweiten Transistor und insbesondere dessen Kollektorstrom sich direkt mit dem Läuferstrom ändern. Da der Kollektor des zweiten Transistors an die Basis des ersten Transistors angeschlossen ist, ändert sich die Leitfähigkeit des ersten Transistors ebenfalls direkt mit dem Läuferstrom, wobei die Spannung an dem ersten Transistor sich umgekehrt mit dem Strom ändert und die Widerstandscharakteristik negativ ist.by the second transistor and in particular its Collector current change directly with the rotor current. Because the collector of the second transistor is on the base of the first transistor is connected, the conductivity of the first transistor changes also directly with the rotor current, whereby the voltage on the first transistor is reversed with changes with the current and the resistance characteristic is negative.

Die Zener-Spannung der Kollektor-Basis-Verbindung des ersten Transistors schützt zwar den ersten Transistor, aber es kann ein zusätzlicher Schutz erforderlich sein und eine Zener-Diode zwischen der Basis und dem Kollektor des ersten Transistors angeschlossen werden.The Zener voltage of the collector-base connection of the first transistor protects the first Transistor, but additional protection may be required and a zener diode between the Base and collector of the first transistor are connected.

Dies geht neben anderem aus der nachfolgenden erläuternden Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Hiervon zeigtThis is evident from the following explanatory description and the drawings, among other things. This shows

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,Fig. 1 is a schematic circuit diagram of an embodiment of the invention,

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform und2 shows a schematic circuit diagram of a further embodiment and

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung.Figure 3 is a schematic circuit diagram of yet another embodiment of the invention.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist ein üblicher Nebenschlußmotor einen Läufer 1 und eine getrennt erregte Feldwicklung 2 auf. Es erfolgt eine konstante Erregung der Feldwicklung 2 durch irgendeine geeignete Stromquelle 3. Da das Feld konstant ist, ist die induzierte Spannung oder gegenelektromototrische Kraft im Läufer 1 der Geschwindigkeit der Motorwelle proportional. Daher bleibt die induzierte Spannung oder gegenelektromotorische Kraft konstant, solange die Geschwindigkeit konstant bleibt, und umgekehrt. Jedoch bleibt die Gesamtspannung an dem Läufer nicht allgemein konstant, da diese Spannung zusätzlich zu der induzierten Spannung oder Gegen-EMK den Spannungsabfall an dem Äquivalentwiderstand des Läufers enthält, der dem Läuferstrom proportional ist. Da die von dem Motor gelieferte Drehkraft dem Läuferstrom proportional ist, muß der Läuferstrom sich direkt mit der Belastung der Motorwelle ändern. Folglich müssen, wenn eine erhöhte Belastung der Motorwelle erfolgt, sowohl der Läuferstrom als auch die Spannung an dem Läufer steigen, um eine konstante Gegen-EMK und Motorwellengeschwindigkeit aufrechtzuerhalten.As is apparent from Fig. 1, a common shunt motor has a rotor 1 and one separately excited field winding 2. There is a constant excitation of the field winding 2 by any suitable Power source 3. Since the field is constant, the induced voltage or counter-electromototic Force in rotor 1 proportional to the speed of the motor shaft. Therefore the induced voltage remains or counter electromotive force constant as long as the speed remains constant, and vice versa. However, the total voltage across the rotor does not generally remain constant because of this voltage in addition to the induced voltage or back EMF, the voltage drop across the equivalent resistance of the rotor, which is proportional to the rotor current. Because the torque delivered by the engine is proportional to the rotor current, the rotor current must be directly related to the load on the motor shaft change. Consequently, if there is an increased load on the motor shaft, both the rotor current as well as the voltage on the rotor increase to a constant back EMF and motor shaft speed maintain.

Der Motorläufer 1 liegt in einem Stromkreis in Reihe mit einem Schalter 4, einer Spannungsquelle 5 und einem Regelkreis mit einer negativen Wider-Standscharakteristik. Der Regelkreis weist zwei Flächentransistoren 6 und 7 auf, die so wie in dem Schaltbild gezeigt angeschlossen sind. Jeder Transistor hat den üblichen Emitter, die Basis und den Kollektor, wie sie durch die üblichen Sinnbilder in den Zeichnungen dargestellt sind. Beispielsweise kann der Transistorö ein 2 N 174-PNP-Leistungstransistor und der Transistor? ein 2N95~NPN-Germanium-Transistor sein. Es ist zu beachten, daß der Kollektor des Transistors 7 direkt an der Basis des Transistors 6 liegt und daß die Basis des Transistors 7 an den Kollektor des Transistors 6 über einen Widerstand 8 von etwa 390 Ohm angeschlossen ist.The motor rotor 1 is in a circuit in series with a switch 4, a voltage source 5 and a control loop with a negative resistance characteristic. The control loop has two Surface transistors 6 and 7, which are connected as shown in the circuit diagram. Every transistor has the usual emitter, the base and the collector, as indicated by the usual symbols in the Drawings are shown. For example, the transistor can be a 2 N 174 PNP power transistor and the transistor? a 2N95 ~ NPN germanium transistor be. It should be noted that the collector of transistor 7 is directly connected to the base of transistor 6 and that the base of the transistor 7 is connected to the collector of the transistor 6 through a resistor 8 of about 390 ohms is connected.

Der Emitter und der Kollektor des Transistors 6 sind in Reihe mit dem Läufer 1 und der Spannungsquelle 5 geschaltet. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, liegt der Emitter des Transistors 6 direkt an dem Läufer 1, während der Kollektor des Transistors 6 über einen kleinen Vorschaltwiderstand 9, der etwa 1 Ohm hat, an die Stromquelle 5 angeschlossen ist. Da der Widerstand 9 ein Teil des Stromkreises mit dem Motorläufer ist, ergibt sich an dem Widerstand 9 eine Spannung, die dem Läuferstrom proportional ist.The emitter and the collector of the transistor 6 are connected in series with the rotor 1 and the voltage source 5. As can be seen from the drawing, the emitter of the transistor 6 is connected directly to the rotor 1, while the collector of the transistor 6 is connected to the current source 5 via a small series resistor 9, which is approximately 1 ohm. Since the resistor 9 is part of the circuit with the motor rotor, there is a voltage across the resistor 9 which is proportional to the rotor current.

Der veränderliche Widerstand 10 liegt, wie aus der Zeichnung ersichtlich, zwischen der negativen Klemme der Stromquelle 5 und dem Emitter des Transistors 7. Der Basis-Emitter-Kreis des Transistars 7 enthält die Widerstände 8, 9 und 10 in Reihe, wodurch der Spannungsabfall an dem Widerstand 9 ein Eingangssignal an dem Transistor 7 ergibt und die Ströme, die infolgedessen fließen, regelt, so· daß diese Ströme und insbesondere der Kollektorstrom des Transistors 7 sich direkt mit dem Läuferstrom ändern. Da der Kollektor des Transistors 7 direkt an die Basis des Transistors 6 angeschlossen ist, steigt der Basisstrom des Transistors 6 bei jeder Zunahme des Kollektorstromes des Transistors 7, und infolgedessen ändert sich die Leitfähigkeit des Transistors 6 direkt mit dem Läuferstrom. Das Verhältnis zwischen der Änderung der Leitfähigkeit und der Änderung des Läuferstromes kann durch Einstellung der Stromparameter eingestellt werden und insbesondere des Widerstandes 10, damit man entweder einen positiven oder negativen Widerstand einstellbarer Größe erhält. Im allgemeinen wird das Verhältnis durch Erhöhung des Widerstandes 10 verkleinert, wodurch der Stromkreiswiderstand stärker positiv oder weniger negativ und umgekehrt wird. Daher kann der Wert des Widerstandes 10 stark schwanken, ganz nach den gewünschten Betriebsbedingungen und den Werten der anderen Stromkreiskomponenten. The variable resistor 10 is, as can be seen from the drawing, between the negative terminal of the current source 5 and the emitter of the transistor 7. The base-emitter circuit of the transistor 7 contains the resistors 8, 9 and 10 in series, whereby the voltage drop The resistor 9 produces an input signal to the transistor 7 and regulates the currents which flow as a result, so that these currents and in particular the collector current of the transistor 7 change directly with the rotor current. Since the collector of transistor 7 is connected directly to the base of transistor 6, the base current of transistor 6 increases with each increase in the collector current of transistor 7, and consequently the conductivity of transistor 6 changes directly with the rotor current. The relationship between the change in conductivity and the change in the rotor current can be adjusted by adjusting the current parameters, and in particular the resistor 10, so that either a positive or negative resistance of adjustable magnitude is obtained. In general, increasing resistor 10 will decrease the ratio, making the circuit resistance more positive or less negative, and vice versa. Therefore, the value of resistor 10 can vary widely depending on the desired operating conditions and the values of the other circuit components.

Die Geschwindigkeit des Motors kann zusätzlich dadurch gesteuert werden, daß ein Steuersignal dem Emitter-Basis-Strom des Transistors 6 zugeführt wird. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, liegt ein Widerstand 11 von etwa 470 Ohm zwischen dein Emitter und der Basis des Transistors 6 und ein Widerstand 12 von mehreren tausend Ohm zwischen der Basis des Transistors 6 und der positiven Seite des Läufers 1. Die Geschwindigkeit des Motors kann durch Einstellung verschiedener Schaltelemente eingestellt werden, insbesondere des Widerstandes 12 oder der Spannung der Stromquelle 5 oder durch beides. Bei einer typischen Anwendung der Erfindung unter Verwendung eines Nebenschlußmotors schwankt die Spannung der Stromquelle 5 zur Einstellung der Motorgeschwindigkeit zwischen 50 und 2SOVoIt.The speed of the motor can also be controlled in that a control signal dem Emitter-base current of the transistor 6 is supplied. As can be seen from the drawing, there is a resistor 11 of about 470 ohms between your emitter and the base of transistor 6 and a resistor 12 of several thousand ohms between the base of the Transistor 6 and the positive side of the rotor 1. The speed of the motor can be adjusted by setting various switching elements can be set, in particular the resistor 12 or the voltage the power source 5 or both. In a typical application of the invention using of a shunt motor, the voltage of the power source 5 fluctuates to adjust the motor speed between 50 and 2SOVoIt.

Der Widerstand 10 wird so eingestellt, daß der negative Widerstand zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors 6 annähernd die positiven Widerstände von Läufer 1, Stromquelle 5 und Widerstand 9 ausgleicht, so daß der wirksame Widerstand des Serienkreises annähernd Null ist. Bei dieser Einstellung des Stromkreises bleibt die Motorgeschwindigkeit trotz Änderungen der Belastung an der Motorwelle und ähnlichen Schwankungen des Läuferstromes über einen zehnfachen Bereich, beispielsweise von 50 bis 500 mA, praktisch konstant. Wegen ihres positiven Widerstandes fällt die durch die Stromquelle 5 zugeführte Spannung und steigt die Spannung an dem Läufer 1, wenn der Läuferstrom zunimmt. Beide Spannungsänderungen werden durch eine sinkende Spannung an dem Transistor 6, beispielsweise von etwa 30 Volt bei 50 mA auf etwa V2 Volt bei 500 mA, ausgeglichen. Diese Abnahme des Spannungsabfalles an dem Transistor 6 bei steigendem Strom ergibt den erforderlichen negativen Widerstand für den Stromkreis. The resistor 10 is set so that the negative resistance between the emitter and the collector of the transistor 6 approximately compensates for the positive resistances of rotor 1, current source 5 and resistor 9, so that the effective resistance of the series circuit is approximately zero. With this setting of the circuit, the motor speed remains practically constant over a tenfold range, for example from 50 to 500 mA, despite changes in the load on the motor shaft and similar fluctuations in the rotor current. Because of its positive resistance, the voltage supplied by the current source 5 falls and the voltage across the rotor 1 increases when the rotor current increases. Both voltage changes are compensated for by a falling voltage on transistor 6, for example from about 30 volts at 50 mA to about V2 volts at 500 mA. This decrease in the voltage drop across the transistor 6 with increasing current results in the required negative resistance for the circuit.

Für die Erfindung ist die Art kennzeichnend, in welcher der Transistor 6 gegen "Überspannungen undFor the invention, the way is characteristic in which the transistor 6 against "overvoltages and

übermäßige Leistungsvernichtung oder -aufnahme während des Anlassens und bei Überlastung geschützt wird. Dieser Schutz erfolgt teilweise infolge des beschriebenen automatischen Betriebes, durch den die Leitfähigkeit des Transistors 6 automatisch erhöht und der Spannungsabfall an dem Transistor gesenkt wird, wenn der Transistorstrom zunimmt. Daher ist bei verhältnismäßig hohen Spannungen an dem Transistor der Strom gering und bei verhältnismäßig hohen Strömen die Spannung klein, so daß die Energiever- iff nichtung gleich dem Produkt von Spannung und Strom bei normalem Betrieb niemals übermäßig ist. Jedoch ist unter gewissen Umständen, wie sie beim Anlassen auftreten, ein zusätzlicher Schutz notwendig. Dies wird nachstehend beschrieben.Protected against excessive power dissipation or consumption during starting and overload will. This protection is partly due to the described automatic operation, through which the The conductivity of the transistor 6 is automatically increased and the voltage drop across the transistor is reduced becomes when the transistor current increases. Therefore, at relatively high voltages across the transistor the current is low and, with relatively high currents, the voltage is low, so that the energy dissipation not equal to the product of voltage and current in normal operation is never excessive. However Under certain circumstances, such as those that occur when starting, additional protection is necessary. this is described below.

Es sei angenommen, daß der Motor stillsteht und der Schalter 4 soeben zum Anlassen des Motors geschlossen worden ist In diesem Augenblick besteht keine Gegen-EMK in dem Läufer des Motors, und ein großer Teil der Speisespannung würde an dem Tran- ao sistor 6 auftreten und mit großer Wahrscheinlichkeit zu einer starken Beschädigung des Transistors führen., wenn kein Schutz durch die Schaltung in der beschriebenen Weise vorhanden wäre. Zu diesem Zweck wird der Vorteil einer Transistoreigenschaft oder -eigen- as tümlichkeit ausgenutzt: der Zener-Spannung der Kollektor-Basis-Strecke. Es sei beispielsweise angenommen, daß der Transistor? ein 2N95-Germanium-Transistor ist, wie bereits erwähnt. Bei diesen Transistoren liegt die Zener-Spannung der Basis-Kollektor-Strecke zwischen 30 und 50VoIt, und jedesmal, wenn der Kollektor um einen Betrag, der größer als die Zener-Spannung ist, positiv in bezug auf die Basis ist, wird die Basis-Kollektor-Strecke so stark leitend, daß die zugeführte Spannung praktisch auf die Zener-Spannung begrenzt wird. Da der Kollektor des Transistors 7 an die Basis des Transistors 6 angeschlossen ist, erzeugt auch ein steigender Kollektorstrom des Transistors 7 einen steigenden Basisstrom an dem Transistor 6, was die sofortige Erhöhung der Leitfähigkeit des Transistors 6 zur Folge hat, und auf diese Weise wird die Spannung an dem Transistor 6 gesenkt. Durch diesen Effekt wird die Höchstspannung an dem Transistor 6 etwa auf die Zener-Spannung der Basis-Kollektor-Verbindung des Transistors 7 begrenzt und dadurch Über- und schädliche Spannungen am Transistor 6 verhindert.It is assumed that the engine is at a standstill and the switch 4 has just been closed to start the engine At this moment there is no back EMF in the rotor of the motor, and one A large part of the supply voltage would occur at the transistor 6 and with great probability lead to severe damage to the transistor, if no protection by the circuit described in the Way would exist. For this purpose, the advantage of a transistor property or property is used exploited: the Zener voltage of the collector-base path. For example, suppose that the transistor? a 2N95 germanium transistor is, as already mentioned. With these transistors, the Zener voltage lies in the base-collector path between 30 and 50VoIt, and every time the collector is positive with respect to the base by an amount greater than the Zener voltage, the base-collector path is so highly conductive that the applied voltage practically corresponds to the Zener voltage is limited. Since the collector of transistor 7 is connected to the base of transistor 6 is, an increasing collector current of the transistor 7 also generates an increasing base current across it Transistor 6, what the immediate increase in conductivity of transistor 6, and in this way the voltage across transistor 6 lowered. Due to this effect, the maximum voltage on the transistor 6 is approximately the Zener voltage of the Base-collector connection of the transistor 7 is limited and thus excess and harmful voltages prevented at transistor 6.

Andererseits ist der Transistor 7 dadurch geschützt, daß der Transistor 6 stärker leitend wird, sobald beachtlicher Strom zum Kollektor des Transistors 7 So fließt, wonach der meiste Läuferstrom durch den Transistor 6 und nicht durch den Transistor 7 fließt. Daher ist der durch den Transistor 7 fließende Strom immer so klein, daß wenig oder keine Möglichkeit besteht, daß Verhältnisse eintreten, die zur Beschädigung des Transistors 7 führen könnten.On the other hand, transistor 7 is protected in that transistor 6 becomes more conductive as soon as considerable current flows to the collector of transistor 7 So , after which most of the rotor current flows through transistor 6 and not through transistor 7. Therefore, the current flowing through the transistor 7 is always so small that there is little or no possibility of conditions occurring which could lead to the transistor 7 being damaged.

Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Teilen kann ein Kondensator 13 parallel zu dem Widerstand 8 und ein Kondensator 14 parallel zu dem Widerstand ΙΟ, wie es dargestellt ist, vorgesehen werden. Beide Kondensatoren können einen Wert von etwa 25 Mikrofarad haben. Die beiden Kondensatoren haben den Zweck, das Ansprechen des Verstärkungstransistors 7 auf Hochfrequenz oder Übertragungseigenschaften zu verbessern und dadurch die Regulierung des Stromkreises in bezug auf Spannungsschwankungen zu verbessern und den Läuferstrom schnell zu ändern.In addition to the parts already described, a capacitor 13 can be parallel to the resistor 8 and a capacitor 14 in parallel with the resistor ΙΟ, as shown. Both capacitors can have a value of around 25 microfarads to have. The purpose of the two capacitors is to make the amplification transistor 7 respond to improve high frequency or transmission properties and thereby regulate the circuit to improve with respect to voltage fluctuations and to change the rotor current quickly.

Da typische Germanium-Flächentransistoren, wie der Typ 2 N 95, Basis-Kollektor-Strecken mit Zen erSpannungen haben, die oft nur 30VoIt betragen, ist die in Fig. 1 dargestellte Schaltung auf einen Steuerbereich von etwa 30 Volt der Spannung an dem Transistor 6 beschränkt. Für manche Zwecke reicht dies vollständig. Für andere Zwecke ist ein größerer Regelbereich, beispielsweise 50VoIt, erwünscht. Im letzteren Falle läßt sich die in Fig. 2 dargestellte Schaltung vorteilhafter verwenden.There are typical germanium junction transistors, such as the type 2 N 95, base-collector lines with Zen er voltages have, which are often only 30VoIt, the circuit shown in Fig. 1 is on a control area limited by about 30 volts of the voltage on transistor 6. For some purposes this is enough Completely. For other purposes, a larger control range, for example 50VoIt, is desirable. In the latter The circuit shown in FIG. 2 can be used more advantageously.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit denselben Bezugszeichen versehen, und Teile, die ähnlich, aber nicht gleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen unter Zusatz eines Index (') versehen, um die in der Schaltung 2 verwendeten Teile zu unterscheiden. Im großen und ganzen arbeitet die Schaltung nach Fig. 2 in ähnlicher Weise wie die in Fig. 1 dargestellte Schaltung und wie zuvor beschrieben, mit den Ausnahmen, die anschließend erläutert werden. In der Schaltung nach Fig. 2 ist der Transistor T ein Silikon-NPN-Flächentransistor. Bei diesen Transistoren liegt die Zener-Spannung der Basis-Kollektor-Verbindung wesentlich über 50VoIt, und deshalb begrenzt der Transistor 7' nicht den Spannungsbereich, der an dem Leistungstransistor 6 gebildet werden kann.As can be seen from FIG. 2, the same parts as in FIG. 1 are provided with the same reference numerals, and parts that are similar but not identical are provided with the same reference numerals with the addition of an index (') to denote those in the circuit 2 differentiate parts used. By and large, the circuit of FIG. 2 operates in a manner similar to that shown in FIG. 1 and as previously described, with the exceptions discussed below. In the circuit according to FIG. 2, the transistor T is a silicon NPN junction transistor. In the case of these transistors, the Zener voltage of the base-collector connection is significantly above 50VoIt, and therefore the transistor 7 ′ does not limit the voltage range which can be formed across the power transistor 6.

Jedoch müssen nun andere Mittel zum Schutz des Transistors 6 gegen Überspannungen während des Anlassens u. dgl. gefunden werden. Bei dieser Ausführung wird das durch eine 50-Volt-Zener-Diode 15 erreicht, die zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors 6, wie dargestellt, vorgesehen wird. Die Diode 15 wird in: hohem Maße leitend, wenn die Basis des Transistors 6 etwa 50 Volt positiv wird und dadurch die Höchstspannung begrenzt, die über den Transistor 6 zugeführt werden kann. Daher übt in der Schaltung nach Fig. 2 die Zener-Diode 15 praktisch die gleiche Funktion wie die Charakteristik der Zener-Spannung der Verbindung von Kollektor und Basis von Transistor 7 in der Schaltung nach Fig. 1 aus, jedoch mit dem Vorteil der Schaltung nach Fig. 2, einer höheren und genauer fixierten Zener-Spannung.However, other means must now be used to protect the transistor 6 against overvoltages during starting and the like can be found. In this version, this is achieved by a 50-volt Zener diode 15, which is provided between the base and collector of the transistor 6 as shown. the Diode 15 becomes: highly conductive when the base of the transistor 6 is about 50 volts positive and thereby limits the maximum voltage that is passed through the transistor 6 can be fed. Therefore, in the circuit of Fig. 2, the Zener diode 15 is practical the same function as the characteristic of the Zener voltage of the connection of the collector and base from transistor 7 in the circuit of Fig. 1, but with the advantage of the circuit of Fig. 2, a higher and more precisely fixed Zener voltage.

Es ist offensichtlich, daß die Verwendung verschiedener Transistoren in den Schaltungen nach Fig. 1 und 2 es erwünscht machen kann, bestimmte Einstellungen bei anderen Schaltungswerten vorzunehmen. Beispielsweise kann es bei der Schaltung nach Fig. 2 erwünscht sein, den Wert des Vorschaltwiderstandes 9' etwas, beispielsweise auf 2 bis 100hm, zu erhöhen.It will be apparent that the use of different transistors in the circuits of FIG and 2 may make it desirable to make certain adjustments to other circuit values. For example, in the circuit according to FIG. 2, it may be desirable to set the value of the ballast resistor 9 ' something to increase, for example to 2 to 100hm.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, stellt sie eine der Schaltung nach Fig. 2 im wesentlichen gleiche Schaltung mit den Abweichungen dar, die nachstehend erläutert werden. In Fig. 3 sind die gleichen Teile wie in Fig. 2 mit denselben Bezugszeichen versehen, während ähnliche, aber nicht gleiche Teile mit dem gleichen Bezugszeichen unter Zusatz eines doppelten Index (") bezeichnet sind, um die Teile der Fig. 3 zu unterscheiden. As can be seen from FIG. 3, it represents a circuit which is essentially the same as the circuit of FIG with the differences that are explained below. In Fig. 3 are the same parts as in Fig. 2 with the same reference numerals, while similar, but not the same parts with the same Reference numerals with the addition of a double index (") are designated in order to distinguish the parts of FIG.

Bei dieser dritten Ausführungsform ist der PNP-Transistor 6 der Fig. 2 durch einen NPN-Transistor 6" und der NPN-Transistor T durch einen PNP-Transistor7" ersetzt worden. In Übereinstimmung mit dieser Änderung ist die Polarität der Stromquelle 5 an der Stelle 5", während die Polarität der Zener-Diode 15 bei 15" umgekehrt worden ist. Es ist offensichtlich, daß diese Änderungen eine bloße Umkehr aller Werte in der gesamten Schaltung darstellt und keinen Einfluß auf die Wirkungsweise der Schaltung hat, abgesehen von der Umkehr der Richtung des Stromflusses und einer Umkehr der Polarität der Spannung.In this third embodiment, the PNP transistor 6 of FIG. 2 has been replaced by an NPN transistor 6 "and the NPN transistor T by a PNP transistor 7". In accordance with this change, the polarity of the current source 5 at position 5 "has been reversed, while the polarity of the Zener diode 15 at 15" has been reversed. It is evident that this change is a mere reversal of all values in the entire circuit and has no effect on the operation of the circuit other than reversing the direction of current flow and reversing the polarity of the voltage.

Ein weiterer Unterschied bei der Schaltung nach Fig. 3 ist die Einfügung von zwei Silikon-Dioden 16Another difference in the circuit according to FIG. 3 is the insertion of two silicon diodes 16

1 09Q1 09Q

und 17 in Reihe mit dem Widerstand 10, so wie es dargestellt ist. Beide Siikon-Dioden bilden eine nichtlineare Impedanz, die dem Strom einen verhältnismäßig hohen Widerstand entgegensetzt, bis der Spannungsabfall auf etwa 0,7 Volt nach, vorn erreicht ist, worauf die Dioden eine niedrige Impedanz bilden. Die Wirkung dieser Dioden besteht darin, daß sie den Transistor 7' in einem stark nichtleitenden Zustand halten, bis der Spannungsabfall an dem Widerstand 9" etwa 1,5 Volt übersteigt, und darauf das Intätigkeittreten des Transistors 7" in der zuvor beschriebenen Weise ermöglicht. Der Wert des Widerstandes 9" ist so gewählt, daß beispielsweise bei etwa 1,5 Ohm der Spannungsabfallan dem Widerstand 9" gewöhnlich geringer als die 1,5 Volt bei normalen Betriebsbedingungen des Nebenschlußmotors ist. Daher arbeitet unter normalen Betriebsbedingungen des Motors die in Fig. 2 dargestellte Schaltung im wesentlichen so, als ob der Transistor 7" nicht vorhanden wäre und die Läuferspannung durch den Transistor 6" reguliert wird. Jedoch wird während des Anlassens und anderen außergewöhnlichen Umständen, wenn der Transistor 6" geschützt werden muß, die Spannung an dem Widerstand 9" größer als 1,5 Volt, und die Dioden 16 und 17 werden kleine Impedanzen, während der Transistor 7" den Transistor 6" in der beschriebenen Weise schützt.and 17 in series with resistor 10, just like it is shown. Both Siikon diodes form a non-linear impedance, which is proportionate to the current opposes high resistance until the voltage drop reaches about 0.7 volts forward is whereupon the diodes form a low impedance. The effect of these diodes is that they have the Keep transistor 7 'in a highly non-conductive state until the voltage drop across resistor 9 " exceeds about 1.5 volts, and then the inactivity of transistor 7 "in the previously described Way allows. The value of the resistor 9 "is chosen so that, for example, at about 1.5 ohms The voltage drop across the resistor 9 "is usually less than the 1.5 volts under normal operating conditions of the shunt motor is. Therefore, under normal engine operating conditions, the The circuit shown in Fig. 2 essentially as if the transistor 7 "were not present and the Rotor voltage is regulated by transistor 6 ". However, during starting and others exceptional circumstances when the transistor 6 "needs to be protected, the voltage across the Resistor 9 "greater than 1.5 volts, and diodes 16 and 17 will have small impedances during the Transistor 7 "protects the transistor 6" in the manner described.

Claims (9)

Patentansprüche: 30Claims: 30 1. Schaltungsanordnung für den Speisestromkreis von Elektromotoren, insbesondere kleinen Nebenschlußmotoren, mit einem spannungsregelnden, mit der Stromquelle in Reihe geschalteten negativen Widerstandselement, dadurch gekennzeichnet, daß dem Widerstandselement eine Schutzvorrichtung zugeordnet ist, die bei einer unter einem bestimmten Wert liegenden, an den Motoranschlußklemmen auftretenden Impedanz die Größe der an dem Widerstandselement liegenden Spannung begrenzt.1. Circuit arrangement for the supply circuit of electric motors, especially small ones Shunt motors, with a voltage regulating, connected in series with the power source negative resistance element, characterized in that the resistance element has a protective device is assigned, which is below a certain value, at the motor terminals occurring impedance the size of the voltage applied to the resistance element limited. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das negative Widerstandselement ein Transistor ist, dem ein Hilfs-Stromkreis zugeordnet ist, der die Impedanz des Transistors nach Maßgabe der Änderung der Stromaufnahme des Elektromotors steuert, und daß die Schutzvorrichtung in dem Hilfsstromkreis liegt.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the negative resistance element is a transistor to which an auxiliary circuit is assigned, which reduces the impedance of the The transistor controls in accordance with the change in the current consumption of the electric motor, and that the protection device is in the auxiliary circuit. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor über den Emitter und den Kollektor in Reihenschaltung an der Stromquelle liegt und der Hilfsstromkreis an die Basis des Transistors angeschlossen ist.3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the transistor via the The emitter and the collector are connected in series to the power source and the auxiliary circuit is connected the base of the transistor is connected. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen mit der Stromquelle und dem Transistor in Reihe liegenden Widerstand, der so in den Stromkreis eingeschaltet ist, daß er für den Hilfsstromkreis ein Maß für die Stärke des von dem Motor aufgenommenen Stn> mes gibt.4. Circuit arrangement according to claim 2 or 3, characterized by one with the power source and the transistor in series resistor, which is switched on in the circuit, that it is a measure of the strength of the Stn> absorbed by the motor for the auxiliary circuit mes there. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilf skreis einen weiteren Transistor aufweist, von denen einer ein NPN- und der andere ein PNP-Transistor ist und die Basis und der Kollektor des zweiten Transistors an den Kollektor bzw. die Basis des ersten Transistors und der Emitter des zweiten Transistors an die Stromquelle angeschlossen sind.5. Circuit arrangement according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the auxiliary skreis has another transistor, one of which is an NPN and the other a PNP transistor is and the base and collector of the second transistor to the collector and the Base of the first transistor and the emitter of the second transistor connected to the current source are. 6. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das negative Widerstandselement einen Transistor aufweist, dessen Emitter an eine der genannten Klemmen angeschlossen ist und dessen Kollektor an der Spannungsquelle liegt, daß ein zweiter Transistor zum mindesten einen Teil der Einrichtung zum Schutz des negativen Widerstandselementes bildet und ein Transistor ein NPN- und der andere ein PNP-Transistor ist und die Basis und der Kollektor des zweiten Transistors an den Kollektor bzw. die Basis des ersten Transistors und der Emitter an die Verbindungsstelle der Stromquelle und des Widerstandes angeschlossen sind, wodurch die Spannung an dem Widerstand den durch den zweiten Transistor fließenden Strom und daher die Spannung an dem ersten Transistor steuert.6. Switching arrangement according to claim 1, characterized in that the negative resistance element comprises a transistor whose emitter is connected to one of said terminals and whose collector is connected to the voltage source, that at least a second transistor forms part of the device for protecting the negative resistance element and a transistor one is NPN and the other is a PNP transistor and the base and collector of the second transistor to the collector or the base of the first transistor and the emitter the junction of the power source and the resistor are connected, whereby the Voltage across the resistor is the current flowing through the second transistor and therefore the Controls voltage on the first transistor. 7. Schaltanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des zweiten Transistors direkt an die Basis des ersten Transistors und die Basis des zweiten Transistors an den Kollektor des ersten Transistors über einen Widerstand angeschlossen ist und daß in die Emitterleitung des zweiten Transistors ein Vorschaltwiderstand eingeschaltet ist.7. Switching arrangement according to claim 6, characterized in that the collector of the second Transistor directly to the base of the first transistor and the base of the second transistor the collector of the first transistor is connected through a resistor and that into the Emitter line of the second transistor, a series resistor is switched on. 8. Schaltanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Schutz des negativen Widerstandselementes (ersten Transistors) zusätzlich eine Diode aufweist, die zwischen der Basis und dem Kollektor des ersten Transistors liegt.8. Switching arrangement according to claim 6 or 7, characterized in that the device for protecting the negative resistance element (first transistor) additionally has a diode which is between the base and the collector of the first transistor. 9. Schaltanordnung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine nichtlineare Impedanz enthält, die in der Emitterleitung des zweiten Transistors liegt.9. Switching arrangement according to claim 6, 7 or 8, characterized in that it also has a contains non-linear impedance which is in the emitter line of the second transistor. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 009 610/292 9.60© 009 610/292 9.60
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