DE1223032B - Anordnung zur Steuerung der Ankerspannung eines Gleichstrom-Nebenschlussmotors - Google Patents

Description

• Anordnung zur Steuerung der Ankerspannung eines Gleichstrom-Nebenschlußmotors Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur selbsttätigen ankerstromabhängigen Steuerung der Ankerspannung eines konstant erregten, aus einer veränderlichen Gleichspannungsquelle gespeisten Gleichstrom-Nebenschlußmotors mittels eines im Ankerstromkreis liegenden steuerbaren Halbleiters.
• In der Magnetton- und Phonötechnik werden vielfach Gleichstrom-Kleinstmotoren zum Geräteantrieb verwendet. Die Hauptforderung, die an ein solches Antriebsmittel gestellt wird, ist seine Drehzahlkonstanz. Gerade aber bei der Verwendung von Gleichstrommotoren treten gewisse Schwierigkeiten auf, die erforderliche Drehzahlgenauigkeit zu erreichen, und zwar sowohl bei Spannungsänderungen der Betriebsspannung als auch bei Lastschwankungen. Ist die Drehzahl z. B. bei Tonaufnahme- und Wiedergabegeräten nicht konstant, tritt eine Tonhöhenänderung (Transponierung) bzw. bei Drebzahlschwankungen eine Frequenzmodulation auf.
• Zur Konstanthaltung der Drehzahl eines Gleichstrommotors sind bereits mannigfache Lösungen bekanntgeworden. Eine solche besteht z. B. in der Verwendung eines Fliehkraftreglers. Dieser wird meist im Hauptstromkreis angeordnet und beeinflußt, wenigstens teilweise, den Ankerstrom. Nach einer anderen Lösung wird die elektrische Drehzahl-Stabilisierung bei einem Gleichstrom-Nebenschlußmotor durch die Steuerung des Erregers bewirkt. Eine weitere bekannte Methode, die ebenfalls ein elektromagnetisch erzeugtes Feld voraussetzt, ist die Anwendung von Compound-Wicklungen. Diese Methode beruht im wesentlichen darauf, daß außer einer im Nebenschluß liegenden Erregerwicklung eine Hauptschlußwicklung im Ankerstromkreis vorgesehen ist. Hierdurch kann die Drehzahl bei variablein Drehmoment in einem bestimmten Bereich konstant gehalten werden. Bekannt ist weiterhin auch die Methode, die Drehzahl eines Gleichstrommotors, dessen Magnetfeld mit Permanentmagneten erzeugt wird, dadurch zu stabilisieren, daß die Speisung durch eine konstante SPannungsquelle, z. B. Trockenbatterien, Blei- oder Nickelsammler, oder auch durch stabilisierte Spannungsversorgungsgeräte, erfolgt. Bekannt ist auch eine Anordnung zur Drehzahlstabilisierung eines Gleichstrom-Nebenschlußmotors, bei der die Ankerspannung mittels eines im Ankerstromkreis liegenden steuerbaren Halbleiters lastabhängig verändert wird.
• Den geschilderten Methoden haften gewisse Mängel und Nachteile an: Ein Fliehkraftregler spricht nicht trägheitslos an, er verändert durch den Regelvorgang die Winkelgeschwindigkeit des Rotors und erzeugt beim Öffnen und Schließen des oder der Kontakte elektrische und vom Anker herrührende magnetische Störfelder. Beim Betrieb von Magnettongeräten kann die Inkonstanz der Winkelgeschwindigkeit Tonhöheschwankungen verursachen, und die Störfelder verschlechtern den Störabstand des Magnettongerätes. Ein weiterer Nachteil eines Fliehkraftreglers kann in dessen Instabilität bestehen, die durch inkonstante Übergangswiderstände, Abnutzung, Materialwanderung od. dgl. hervorgerufen wird. Bei der Verwendung eines Fliehkraftreglers treten auch Geräusche auf, welche durch das Öffnen und Schließen der Reglerkontakte entstehen. Durch die Ankerstromänderungen inVerbindungmit nicht auszuschaltenden magnetischen Unsymmetrien entstehen weitere Geräusche. Eine Drehzahlstabilisierungeines Gleichstrom-Nebenschlußmotors durch Steuerung des Erregerstromes scheidet zwangläufig dann aus, wenn Permanentmagnete zur Erzeugung des Magnetfeldes verwendet werden. Ein Gleichstrommotor, dessen Feld mit Permanentmagneten erzeugt wird, läuft nur so lange mit konstanter Drehzahl, wie die Betriebsspannung und der Lastzustand konstant bleiben. Meist sind aber variable Drehmomente zu liefern, so z. B. beim Aufwickeln eines Aufzeichnungsträgers oder beim Abtasten von Schallplatten, von Laufunrundheiten der jeweiligen Triebwerksmechanik ganz abgesehen. Während bei der Erfindung die Drehzahl auch bei selbständiger Änderung der Eingangsspannung konstant gehalten wird, verändert sich die Motordrehzahl bei der bekannten Anordnung zur Drehzahlstabilisierung eines Gleichstrom-Nebenschlußmotors mittels eines im Ankerstromkreis liegenden steuerbaren Halbleiters mit der Größe der Spannung der Spannungsquelle.
• Die Erfindung will diese und ähnliche Mängel und Nachteile vermeiden. Sie besteht darin, daß der Halbleiter in Abhängigkeit von einer Steuergl#ichspannung gesteuert wird, die aus der Summe einer konstanten Gleichspannung und einer ankerproportionalen Gleichspannung abzüglich einer ankerspannungsabhängigen Gleichspannung besteht. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Steuergleichspann-ung in einer Dreieckschaltung gebildet wird, von der zwei Dreieckseiten, die einerseits aus in Reihe liegenden ohmschen Widerständen und andererseits aus der Reihenschaltung einer Halbleiterdiode und eines ohnischen Widerstandes bestehen, zwischen den Motorzuleitungen und deren dritte Dreieckseite, die aus einem ohmschen Widerstand besteht, in der einen Motorzuleitung angeordnet sind. Nach weiteren Merkmalen der Erfindung wird einerseits als konstante Gleichspannung die Durchlaßspannung der Halbleiterdiode verwendet und andererseits zwischen der veränderlichen Gleichspannungsquelle und dem Halbleiter eine Spannungsstabilisiereinrichtung angeordnet. Die Spannungsstabilisiereinrichtung besteht aus einem im Hauptstromkreis liegenden steuerbaren Halbleiter, dessen Basis über eine Zenerdiode mit der veränderlichen Spannungsquelle und über einen nichtlinearen Widerstand mit seinem Kollektor verbunden ist. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die im Hauptstromkreis liegenden Kollektor-Emitter-Strecken der steuerbaren Halbleiter durch nichtlineare Widerstände überbrückt. Vervollkommnet wird die vorgeschlagene Erfindung schließlich noch dadurch, daß der die ankerspannungsabhängige Gleichspannung liefernde ohnische, Widerstand kontinuierlich veränderbar ist.
• In der Zeichnung ist die Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt.
• F i g. 1 zeigt eine Anordnung zur selbsttätigen ankerstromabhängigen Steuerung der Ankerspannung eines konstant erregten Gleichstrom-Nebenschlußmotors, bei der eine variable Eingangsspannung in zwei Stufen in die Betriebsspannung des Motors umgewandelt wird, und F i g. 2 eine ähnliche Anordnung, bei der die variable Eingangsspannung einstufig in die Betriebsspannung des Motors umgewandelt wird.
• Nach F i g. 1 wird die variable Spannung Ul einer veränderlichen Gleichspannungsquelle, z. B. einer Gleichstrombatterie oder eines Akkumulators, durch einen steuerbaren Halbleiter Tl und eine Zenerdiode DI auf eine stabilisierte Spannung U2 gebracht. Eine Glühbirne Ll als nichtlinearer Widerstand dient dabei zur selbsttätigen Steuerung des Zenerstromes. Von der Zenerdiode D 1 kann gleichzeitig eine kon-.stante Spannung U7 für eine kleine Belastung, z. B. zum Betrieb eines Transistorverstärkers, entnommen werden. Eine weitere Glühbirne L2 wird zur Entlastung des Halbleiters Tl bei steigender Spannung Ul benutzt. Hierdurch ist es möglich, einen relativ kleinen Transistor zu verwenden, ohne daß dessen maximal zulässige Verlustleitung überschritten wird. Mit einem weiteren steuerbaren Halbleiter T2, zwischen dessen .Basis und Kollektor ein ohnischer Widerstand Rl liegt, wird eine durch einen ohinschen Widerstand R3 einstellbare, vom Ankerstrom des Motors abhängige Gleichspannung U3 erzielt, die der Ankerspannung des Motors M entspricht. Die Basis des Halbleiters T2 wird durch den Kollektorstrom eines Vergleichstransistors T3 gesteuert, indem die am Emitter liegende konstante Durchlaßspannung U5 einer Diode D2 mit der am Abgriff des als Spannungsteiler ausgebildeten ohmschen Widerstandes R3 abgegriffenen Spannung U6, an der Basis liegend, verglichen wird. Mit einem ohnischen Widerstand R5 wird der Durchlaßstrom der Halbleiterdiode D2 festgelegt. Zur Begrenzung des Einstellbereichs der Ankerspannung U3 dient ein vor dem Widerstand R3 liegender Vorwiderstand R2. Ein im Motorstromkreis liegender einstellbarer ohinscher Widerstand R4 dient zur Erzeugung einer ankerstromproportionalen Spannung U4. Durch den einstellbaren Widerstand R3 läßt sich die gewünschte Drehzahl des Motors M während des Betriebs einstellen.
• In F i g. 2 ist eine nach dem gleichen Prinzip arbeitende andere Ausführungsf orm dargestellt. Die Eingangsspannung Ul wird hierbei nicht auf eine Spannung U2 vorstabilisiert, sondern direkt durch den Transistor T2 auf die Ankerspannung'U3 gebracht. Der in F i g. 1 aus den Widerständen R2 und R3 bestehende Teil der.Anordnung enthält in F i g. 2 einen zusätzlichen ohmschen Widerstand R6, um den Einstellbereich für die Ankerspannung auch nach unten zu begrenzen. Um den Querstrom der Steueranordnung so klein wie möglich einzustellen, ist zwischen den Transistoren T2 und T3 als Impedanzwandler ein Transistor T4 angeordnet. Als, Arbeitswiderstand für den Transistor T3 dient ein ohnischer Widerstand R7. Ein ohnischer Widerstand R 10 findet zur Ableitung des Reststromes vom Transistor T2 Verwendung, ein Kondensator Cl zur Unterdrückung von störenden Hochfrequenzschwingungen, ohmsche Widerstände R8 und R9 zur Kompensation der Ab- hängigkeit der Spannung U3 von der variablen Eingangsspannung Ul und schließlich eine Glühbirne L3 zur Entlastung des Transistors T2.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Anordnung zur selbsttätigen ankerstromabhängigen Steuerung der Ankerspannung eines konstant erregten, aus einer veränderlichen Gleichspannungsquelle gespeisten Gleichstrom-Nebenschlußmotors mittels eines im Ankrrstromkreis liegenden steuerbaren Halbleiters, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Halbleiter (T2) in Abhängigkeit von einer Steuergleichspannung gesteuert wird, die aus der Summe einer konstanten Gleichspannung (U5) und einer ankerstromproportionalen Gleichspannung (U4) abzüglich einer ankerspannungsabhängigen Gleichspannung (U6) besteht.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergleichspannung in einer Dreieckschaltung gebildet wird, von der Zwei Dreieckseiten, die einerseits aus in Reihe liegenden ohnischen Widerständen (R2, R3, R6) und andererseits aus der Reihenschaltung einer Halbleiterdiode (D2) und eines ohnischen Widerstandes (R5) bestehen, zwischen den Motorzuleitungen und deren dritte Dreieckseite, die aus einem ohmschen Widerstand (R4) besteht, in der einen Motorzuleitung angeordnet sind. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als konstante Gleichspannung (U5) die Durchlaßspannung der Halbleiterdiode (D2) verwendet wird. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der veränderlichen Gleichspannungsquelle und dem Halbleiter (T2) eine Spannungsstabilisiereinrichtung (T1, D1, L1) angeordnet ist. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch geennzeichnet, daß die Spannungsstabilisiereinrichtung aus einem im Hauptstromkreis liegenden steuerbaren Halbleiter (T1) besteht, dessen Basis über eine Zenerdiode (D1) mit der veränderlichen Spannungsquelle und über einen nichtlinearen Widerstand (L1) mit seinem Kollektor verbunden ist. 6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die im Hauptstromkreis liegenden Kollektor-Emitter-Strecken der steuerbaren Halbleiter (T1, T2) durch nichtlineare Widerstände (L2, L3) überbrückt sind. 7. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die ankerspannungsabhängige Gleichspannung (U6) liefernde ohmsche Widerstand (R3) kontinuierlich veränderbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1080 215pfranzösische Patentschrift Nr. 1227 670; USA.-Patentschrift Nr. 2 832 035; Nachrichtentechnische Zeitschrift, 1957, Heft 4, S. 197 bis 198.