DE1251847B - Regelschaltung zur Konstanthaltung einer vorgegebenen Drehzahl für einen Gleichstrommotor mit Dauermagnetfeld - Google Patents

Description

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DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Jnt. Cl.:

G05f

H02k;H02p
Deutsche Kl.: 21 dl-39

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

L 46808 VIII b/2 IdI
15. Januar 1964
12. Oktober 1967

Behördeneiijiintum

In der Hauptanmeldung ist eine Regelschaltung zur Konstanthaltung einer vorgegebenen Drehzahl für einen Gleichstrommotor mit Dauermagnetfeld beschrieben. Die Ständerspulen des Motors werden über Transistoren aus einer Gleichstromquelle gespeist. Durch die Steuergröße eines Steuerkreises wird über eine Vorrichtung in Abhängigkeit von der relativen Winkellage zwischen Ständer und Läufer jeweils der Transistor der der jeweiligen Winkellage entsprechenden Ständerspule stromdurchlässig ge- ίο steuert. Die Ständerspulen werden dadurch in zyklischer Reihenfolge jeweils auf einem vorgegebenen Winkelweg des Läufers aus der Gleichstromquelle so gespeist, daß der Läufer ständig einem Drehmoment ausgesetzt ist. An den Steuerkreis ist ein in seiner Höhe von der Motordrehzahl abhängiges Regelpotential in einem solchen Sinne angeschlossen, daß - die Steuergröße des Steuerkreises bei einer vorgegebenen Ansprechdrehzahl, d. h. bei einer vorgegebenen Höhe des Regelpotentials, aussetzt.

Die vorliegende Erfindung stellt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Anordnung nach der Hauptanmeldung dar, durch welche die ganze Anordnung erheblich vereinfacht wird. Für eine Regelschaltung, wie sie eingangs beschrieben ist, besteht die Erfindung darin, daß das Regelpotential dem Steuerkreis über die Sekundärwicklung einer Sättigungsdrossel zugeführt ist. Der Vorteil der Anordnung nach der Erfindung besteht darin, daß besondere Tachometerspulen eingespart werden. In den Ständernuten brauchen daher nur die Arbeitsspulen untergebracht zu werden, so daß diese aus einem dickeren Draht gewickelt werden können, womit ein höherer Wirkungsgrad des Motors erzielbar ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand von Kennlinien und eines Schaltbildes dargestellt.

Die feststehenden Wicklungen (Arbeitswicklungen) sind in Fig. 1 mit 61, 62 und 63 bezeichnet. Sie werden durch zugeordnete Schalttransistoren 11, 12 und 13 entsprechend der jeweiligen Winkelstellung des der Einfachheit halber nicht dargestellten Magnetläufers in derart zyklischer Folge mit Gleichstromimpulsen durchsetzt, daß der Magnetläufer wie in einem Drehfeld ständig einem elektromagnetischen Zug- oder Drehmoment ausgesetzt, in Rotation versetzt und gehalten wird, sofern die Spannungsquelle5 durch den Schalter 6 eingeschaltet ist. Auf der Welle des Läufers rotiert ein aus Hochfrequenzeisen oder Ferrit gefertigtes Kreisringsegment 19, das die Aufgäbe hat, den magnetischen Fluß des als HF-Oszillator ausgebildeten Steuerkreises, welcher durch den Regelschaltung zur Konstanthaltung

einer vorgegebenen Drehzahl

für einen Gleichstrommotor mit Dauermagnetfeld

Zusatz zur Anmeldung: L 45270 VIII b/21 dl— Auslegeschrift 1239 390

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,

Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Helmut Moczala, Oldenburg

Kondensator 91 rückgekoppelt ist, über die Induktionsspulen 31, 32 und 33 in zyklischer Folge zu leiten. Die jeweils in den Induktionsspulen 31, 32 und 33 induzierte HF-Spannung wird durch die zugeordneten Dioden 21, 22 und 23 gleichgerichtet und den Basen der Ständertransistoren als Steuerspannung zugeleitet. Jeder Ständertransistor bleibt also so lange stromleitend, wie seine Steüerspannung wirksam ist, d. h. so lange wie die magnetische Durchflutung der Steuerspule anhält.

Ändert sich nun die Steuerspannung dadurch, daß sich die Amplitude der Oszillatorschwingungen z. B. verkleinert, so werden die Ständertransistoren nicht mehr voll durchgeschaltet, und die Drehzahl des Motors fällt. Dabei sinkt die sogenannte Tachogeneratorspannung ebenfalls ab, wodurch dem Oszillator das Kommando gegeben wird, die Amplitude seiner Schwingungen zu erhöhen und damit die Ständertransistoren so weit durchzuschalten, daß das verlangte Drehmoment vom Motor aufgebracht werden kann.

An Hand der Fig. 1 und 3 wird nun die erfindungsgemäße Regelschaltung für den Gleichstrommotor mit feststehenden Arbeitsspulen, wie sie zur Erzeugung des Drehfeldes und gleichzeitig zur Erzeugung der Tachogeneratorspannung zur Drehzahlregelung des Motors beitragen, näher beschrieben.

Es ist an sich bereits vorgeschlagen worden, bei kollektorlosen Gleichstromkleinstmotoren zur analogen und/oder digitalen Rückmeldung der Drehzahl und/oder der momentanen Läuferstellung diejenigen

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Spannungen heranzuziehen, die der Läufer in den jeweils stromlosen Ständerwicklungen induziert, dabei werden mit an den Ständerwicklungen angeschlossene Gleichrichter diejenigen Halbwellen ausgekoppelt, deren Polarität der der speisenden Spannung entgegengesetzt ist. Eine derartige Schaltung ist auch zur Steuerung einer elektronischen Kommutierungseinrichtung verwendbar.

Die Ständerspulen 61, 62 und 63 sind einerseits an

die Spüle 102 fließt noch kein Strom. Durch die Sättigung des Kernes 104 wird der Widerstand der Spule 103 sehr klein, was zur Folge hat, daß die Basis des Steuertransistors 15 an (+) Potential gelegt wird, wodurch die Bedingung für das Schwingen des Oszillators erfüllt und damit der Anlauf des Motors möglich ist. Der Motor würde jetzt seine Drehzahl so weit erhöhen, bis seine in den Ständerwicklungen induzierte Gegen-EMK erreicht ist, sofern nicht vor-

die negative Klemme der Spannungsquelle 5 und io her schon durch besondere Maßnahmen für die Einandererseits über die Emitter-Kollektor-Strecken der haltung einer vorgegebenen Drehzahl gesorgt wird,
entsprechenden Ständertransistoren 11, 12 und 13 an Gemäß der Erfindung geschieht dieses durch die

die positive Klemme der Spannungsquelle 5 an- Sättigungsdrossel 100, deren Kern 104 in Abhängiggeschlossen. Darüber hinaus sind die Ständerspulen Tceit von der Durchflutung β (Fig. 2) mehr oder mit den entsprechend zugeordneten Dioden 71, 72 15 weniger gesättigt ist, wodurch die Höhe des induk- und 73 über einen Kondensator 94 zum sogenannten tiven Widerstandes der Sekundärspule 103 schwankt. Tachometerkreis geschaltet. Die Ständerspulen 61, Die Größe der Durchflutung Θ ist nun wiederum 62 und 63 werden, im Gegensatz zu den Erreger- von den Strömen/₁₀₁ und J₁₀₂ abhängig. J₁₀₁ steigt spulen herkömmlicher Gleichstrommotoren mit me- linear mit der Spannung, während die Kennlinie des chanischem Kommutator, nur während der Arbeits- 20 Stromes J₁₀₂ wegen des vorgeschalteten spannungswelle 61', 62' und 63' über den entsprechenden Stan- abhängigen Widerstandes 89 gekrümmt verläuft. Mit dertransistor an Spannung gelegt, wobei die Ampli- steigender Spannung bleibt der Kern 104 so lange tude der Arbeitshalbwelle sich aus der um U' ver- in der Sättigung — der Oszillator kann also schwingrößerten EMK ergibt und dem Betrag nach mit der gen —, bis eine der Ansprechdrehzahl entsprechende Spannung U der Stromquelle 5 übereinstimmt. In- 25 Spannung U₁ erreicht ist (F i g. 2). In diesem Punkt folgedessen stehen die Ständerspulen während der sind die Ströme/₁₀₁ und J₁₀₂ einander angenähert zweiten Halbwelle (Meßhalbwelle) 61", 62" und 63" gleich, die Primärdurchflutung wird also sehr klein, zur EMK-Messung zur Verfügung, werden also dop- der Kern 104 ist nicht mehr gesättigt, der Widerstand pelt ausgenutzt. Die um 120° gegeneinander ver- der Sekundärspule 103 steigt an und die Stromdurchsetzten, zum Läufermittelpunkt radial angeordneten 30 lässigkeit des Steuertransistors 15 wird gedrosselt, Ständerspulen sind nun derart bemessen, daß ihre d. h., der Oszillator schwingt mit kleinerer Amplitude,

und es treten die schon beschriebenen Wirkungen auf.

Um die Regelung noch zu verfeinern, ist zwischen den Ständerspulen 61, 62 und 63 und die Spannungsquelle 5 ein Widerstand 88 geschaltet. Steigt nun die Drehzahl über ihren Sollwert hinaus, so schwingt der Oszillator mit größerer Amplitude. Dadurch werden die Ständertransistoren 11, 12 und 13

den Widerstand 81 und die Emitter-Basis-Strecke des 40 übersteuert und lassen einen größeren Strom durch, Steuertransistors 15, wodurch der Steuertransistor welcher über die Ständerspulen 61, 62 und 63 und leitend wird und einen Steuerstrom über die Emitter- den Widerstand 88 fließt, an welchem ein erhöhter Kollektor-Strecke des Steuertransistors 15 ermög- Spannungsabfall erzeugt wird. Dieser Spannungslicht, welcher über die Spule 18 und die Leitung 84 abfall verkleinert den Betrag der treibenden Spanfließt. Der Hilfsstrom fließt über den Widerstand 82 45 nung, und die Drehzahl sinkt nicht so weit ab, wie und vereinigt sich im Punkt B mit dem Steuerstrom. ohne den Widerstand 88. Durch die Ausnutzung des Die Summe beider Ströme verzweigt sich im Punkt A. Stromes, welcher im Regelkreis als Störgröße auf-Der eine Zweig führt über die Diode 83, während tritt, wird erreicht, daß die Drehzahl nahezu konstant der andere Zweig über den linearen Widerstand 85, bleibt, da schon eine Drehzahländerung von 0,1 °/o die Primärspule 101 der Sättigungsdrossel 100, die 50 des Sollwertes ausreicht, um den Regelvorgang ausLeitung 87, die Ständerspulen 61, 62 und 63 mit den zulösen,
dazugehörigen Gleichrichtern 71, 72 und 73 und den
Widerstand 88 zurück zur Spannungsquelle 5 führt.
Bleibt der Schalter 6 geschlossen, so ist der Oszillator dauernd erregt. Er könnte also schwingen und 55
damit den Anlauf des Motors bewirken. Dazu muß
aber folgende zusätzliche Bedingung erfüllt sein:

Die Basis des Steuertransistors 15 muß über den Kondensator 60 direkt an (+) Potential gelegt sein, d. h. der Widerstand der Drosselspule 103 muß gegen Null gehen. Das wird dadurch erreicht, daß der Kern 104 der Sättigungsdrossel 100 durch einen

trapezförmigen Meßhalbwellen 61", 62" und 63" eine konstante Meßspannung definieren, die entsprechend der vorstehend bezeichneten Tachogeneratorspannung zur Drehzahlregelung verwendet wird.

An Hand des Schaltbildes in F i g. 1 werden jetzt Anlauf und Lauf des Motors nach der Erfindung beschrieben. Durch das Schließen des Schalters 6 fließt zunächst ein Hilfsstrom über die Leitung 80,

Claims (9)

Patentansprüche: Strom/101 in die Sättigung getrieben wird, der über die Primärspule 101 der Sättigungsdrossel 100 fließt und im Augenblick des Einschaltens dem Werte / in F i g . 2 entspricht. Dieser Wert / wird vorher festgelegt, und zwar durch die Diode 83, an welcher die Spannung um einen konstanten Betrag abfällt. Über

1. Regelschaltung zur Konstanthaltung einer vorgegebenen Drehzahl für einen Gleichstrommotor mit Dauermagnetfeld und aus einer Gleichstromquelle über Transistoren gespeisten Ständerspulen, bei welcher durch die Steuergröße eines Steuerkreises über eine Vorrichtung in Abhängigkeit von der relativen Winkellage zwischen Ständer und Läufer jeweils der Transistor der der jeweiligen Winkellage entsprechenden Ständerspule stromdurchlässig steuerbar ist, so daß die Ständerspulen in zyklischer Folge jeweils auf einem vorgegebenen Winkelweg des ständig einem Drehmoment ausgesetzten Läufers aus der Gleichstromquelle gespeist sind, und bei welcher an den

Steuerkreis ein in seiner Höhe von der Motordrehzahl abhängiges Regelpotential in einem solchen Sinne angeschlossen ist, daß die Steuergröße des Steuerkreises bei einer vorgegebenen Höhe des Regelpotentials aussetzt, nach Patentanmeldung L 45270 VIII b/21 dl (deutsche Auslegeschrift 1239 390), dadurch gekennzeichnet, daß das Regelpotential dem Steuerkreis über die Sekundärwicklung (103) einer Sättigungsdrossel (100) zugeführt ist.

2. Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis aus einer Rückkopplungsschaltung mit einer Spule (18) und einem Steuertransistor (15) aufgebaut ist und die Sekundärwicklung (103) der Sättigungsdrossel (100) im Basis-Emitter-Kreis des Steuertransistors (15) liegt.

3. Regelschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Primärwicklung (101) der Sättigungsdrossel (100) beim Einschalten des Motors derart stromdurchflossen ist, daß der Kern (104) der Sättigungsdrossel in Sättigung übergeht und die Basis des Steuertransistors (15) an ein die Rückkopplungsschaltung in den schwingfähigen Zustand versetzendes Potential gelegt ist.

4. Regelschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Kern (104) der Sättigungsdrossel (100) eine zweite Primärwicklung (102) vorgesehen ist, welche von einem mit steigender Drehzahl anwachsenden Strom entgegen der ersten Primärwicklung (101) erregt ist.

5. Regelschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer vorgegebenen Ansprechdrehzahl der Strom durch die erste Primärwicklung (101) gleich dem Strom durch die zweite Primärwicklung (102) ist.

6. Regelschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Primärwicklung (101) über einen linearen Widerstand (85) und die zweite Primärwicklung (102) über einen spannungsabhängigen Widerstand (89) an den einen Pol der Gleichstromquelle (5) angeschlossen sind, an deren anderem Pol die anderen Enden der beiden Wicklungen liegen.

7. Regelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sättigungsdrossel (100) primärseitig eine durch Mittenanzapfung in zwei Teile geteilte Wicklung aufweist, die beide gegensinnig vom Strom durchflossen sind.

8. Regelschaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Gleichstromquelle (5) und den linearen Widerstand (85) der ersten Primärwicklung eine Diode (83) vorgesehen ist.

9. Regelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ständerspulen (61, 62, 63) und der Gleichstromquelle (5) ein linearer Widerstand (88) liegt, welcher zur Erzeugung einer drehzahlabhängigen Gegenspannung dient.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1060 327.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 224 824.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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