DE1438903C3 - Anordnung zur Steuerung der Dreh zahl eines ein Magnetband entreibenden Motors - Google Patents

Anordnung zur Steuerung der Dreh zahl eines ein Magnetband entreibenden Motors

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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines ein Magnetband antreibenden, konstant erregten Gleichstrom-Nebenschlußmotors in beiden Drehrichtungen beim Anlauf, im stationären Laufzustand und beim Bremsen, die beim Anlauf und beim Bremsen dem Anker des Motors einen konstanten Strom zuführt und im stationären Laufzustand an den Anker eine konstante Spannung legt, mit einem den Anker des Motors speisenden Treiberverstärker, der von einer dem Vorlauf, dem Rücklauf oder dem Stillstand des Motors entsprechenden, von einer Bezugsspannungsquelle gelieferten, der Soll-Drehzahl des Motors entsprechenden Bezugsspannung gesteuert ist, mit einem an den Motor gekuppelten Drehzahlmesser, der eine der Ist-Drehzahl des Motors entsprechende Gleichspannung liefert, und mit einer Vergleichsschaltung, deren Eingänge an den Drehzahlmesser und an die Bezugs-Spannungsquelle angeschlossen sind und deren Ausgang an den Treiberverstärker angeschlossen ist.
Eine Anordnung dieser Art ist nach der belgischen Patentschrift 645 250 bekannt. Bei dieser Anordnung ist der Ausgang des Drehzahlmessers ständig an die Vergleichsschaltung und über die Vergleichsschaltung an den Eingang des Treiberverstärkers angeschlossen. Dies hat zur Folge, daß auch Torsionsschwingungen des Motors auf den Eingang des Treiberverstärkers übertragen werden, so daß leicht Rückkopplungsschwingungen auftreten. Dies tritt besonders dann auf, wenn, wie ebenfalls bekannt, auf der Motorwelle eine Treibrolle für das Magnetband sitzt und daher wegen der Trägheit der Treibrolle die Motorwelle leicht in Torsionsschwingungen geraten kann. Diese Torsionsschwingungen stellen eine mechanische Resonanz dar, als deren Folge eine Schwankung der Gleichspannung auftritt, die der Drehzahlmesser liefert. Auch beeinflußt eine von einem Drehzahlmesser abgegebene Rauschspannung, die etwa durch Kontaktrauschen hervorgerufen ist, die Vergleichsschaltung. Beim Anlaufen und Bremsen des Motors sind diese Effekte nicht kritisch; sie sind jedoch im stationären Lauf des Motors bedeutsam, da im stationären Lauf die Drehzahl des Motors möglichst konstant gehalten werden soll.
Aus der französischen Patentschrift 1370818 ist ferner die Steuerung eines Gleichstromnebenschlußmotors durch Spannung- und Stromrückkopplung im stationären Lauf bekannt. Dabei werden mittels der Rückkopplungen die Zündzeitpunkte von gasgefüllten Entladungsröhren gesteuert.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Torsionsschwingungen und Drehzahlrauschen im stationären Lauf des Motors nicht wirksam werden zu lassen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Anordnung eingangs genannter Art dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung einen als Schwellwertverstärker ausgebildeten Vergleichsverstärker aufweist, der sich selbsttätig abschaltet, wenn die Ist-Drehzahl des Motors einen vorgegebenen Anteil der Soll-Drehzahl des Motors erreicht hat und daß an den Eingang des Treiberverstärkers eine von dem den Anker durchfließenden Strom gesteuerte Stromgegenkopplungsschaltung angeschlossen ist, die einen Stromschwellwertverstärker enthält, der sich selbsttätig abschaltet, wenn die Ist-Drehzahl des Motors einen vorgegebenen Anteil der Soll-Drehzahl des Motors erreicht hat, der höher ist als der Anteil, bei dem sich der Vergleichsverstärker abschaltet.
Wird nach der Lehre der Erfindung vorgegangen, so ist der Drehzahlmesser von dem Treiberverstärker beim stationären Lauf des Motors abgeschaltet; dennoch ist aber eine rasche und kontinuierliche Beschleunigung und Bremsung des Motors möglich. Da bei der Annäherung an die Soll-Drehzahl des Motors erst der Vergleichsverstärker und dann die Stromgegenkopplungsschaltung abgeschaltet wird, läuft der Motor nicht über seine Soll-Drehzahl hinaus, sondern
nimmt kontinuierlich wenn auch rasch seine Soll-Drehzahl an.
Die Konstanthaltung der Drehzahl des Motors im stationären Laufzustand kann mit an sich bekannten Mitteln erfolgen. Bevorzugt liegt zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Treiberverstärkers eine Spannungsgegenkopplungsschaltung.
Bevorzugt ist der Vergleichsverstärker so ausgelegt, daß er sich selbsttätig abschaltet, wenn die Ist-Drehzahl des Motors 0,7 bis 0,9 seiner Soll-Drehzahl entspricht. Die Stromgegenkopplungsschaltung wird zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß sie sich selbsttätig abschaltet, wenn die Ist-Drehzahl des Motors einige Prozent unter der Soll-Drehzahl des Motors liegt. ■
Im folgenden ist die Erfindung durch Ausführungsbeispiele an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung der Anordnung zur Drehzahlsteuerung eines Gleichstromnebenschlußmotors gemäß der Erfindung in einer Magnetbandtransportvorrichtung,
Fig. 2 Zeitdiagramme des Motorstroms, der Motorspannung und der Motordrehzahl, aus denen die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung zur Drehzahlsteuerung eines Gleichstromnebenschlußmotors hervorgeht,
F i g. 3 ein genaueres Schaltbild der Anordnung zur Drehzahlsteuerung eines Gleichstromnebenschlußmotors gemäß der Erfindung,
F i g. 4 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.
In Fig. 1 ist eine Bandtransportvorrichtung eines digitale Daten verarbeitenden Systems dargestellt.
Die mechanischen Teile der Bandtransportvorrichtung sind auf einer Fronttafel 10 angebracht; sie enthalten Bandspulen 12,13, die beide sowohl »Bandvorratsspule« als auch»Bandaufnahmespule« seinkönnen. Das Magnetband 15 wird vorwärts und rückwärts an einer Magnetkopfanordnung 17 vorbeibewegt, welche mit Aufnahme- und Wiedergabekreisen gekoppelt ist; diese sind ihrerseits mit einer (nicht dargestellten) zugehörigen Datenverarbeitungsanlage verbunden. Die Datenverarbeitungsanlage erzeugt Signalkombinationen, welche die Vorlauf-, Rücklauf-, Abschalt- und Einschaltsignale zur Regelung der Bandtransportvorrichtung bilden. .
Die Bandvorrats- und Bandaufnahmespulen 12 und 13, zwei Vakuumkammern 21 und 22 sowie eine zentrisch angeordnete Antriebsrolle 24 sind symmetrisch in geschlossener Form auf der Frontplatte 10 angebracht. Je eine Vakuumkammer 21 bzw. 22 ist zwischen der Antriebsrolle 24 und den zugeordneten Bandspulen 12 bzw. 13 angeordnet, um den Bandteil in der Antriebsrollenzone von den mit großer Trägheit behafteten Bandspulen zu entkoppeln. Jede Vakuumkammer besitzt eine mit einem Vakuumaggregat 26 verbundene Vakuumöffnung, so daß das Magnetband in Form einer Schleife variabler Länge in die Vakuumkammer gezogen werden kann, wodurch ein für die mechanische Entkopplung erforderlicher Puffer kleiner Trägheit gebildet wird. Die Antriebsrolle 24 kann in regelmäßiger Folge vor- und rückwärts angetrieben werden. Die relativ langsameren Bandspulen haben nicht die gleiche Geschwindigkeit, da der Puffer die relativ schnellen Bandbewegungsänderungen zwischen den Vakuumkammern absorbiert.
Um die Bandschleifenlängen in bestimmten Grenzen zu halten, werden die Bandspulen 12 und 13 durch je einen zugeordneten Servomotor 27 bzw. 28 angetrieben. Jeder Servomotor ist in einen Servokreis S eingeschaltet, welcher Motorantriebssignale von zwei in den Vakuumkammerseiten angeordneten Schleifenlängenanzeigegeräten und — falls gewünscht — von Geschwindigkeitsmessern ableitet. Die Schleifenlängenanzeigegeräte 31 und 32 enthalten Kombinationen aus Lichtquellen und fotoempfindlichen Detektoren und liefern Fehlersignale an entsprechende Spulenservokreise. Die Spulenservokreise regeln die Bewegungen der angeschlossenen Servomotoren 27 bzw. 28, so daß die Bandspulen 12 und 13 in geeigneter Weise in Rotation versetzt werden, um im Betrieb das Magnetband in die oder aus den Vakuumkammern zu ziehen. Damit wird das Magnetband in ausgewählten Bereichen gehalten bzw. es werden gegebene Bandschleifenlängen aufrechterhal-
ao ten.
Die beiden Vakuumkammern 21 und 22 halten eine im wesentlichen immer gleich große Bandspannung aufrecht.' Die Vorrichtung ist mit Führungsrollen 37 und 38 geringer ,Reibung an den Eintritts-
enden der Vakuumkammern 21 und 22 versehen. Nur diese Führungsrollen erzeugen zusammen mit den Berührungsflächen des Magnetbandes an den Vakuumkammerwänden und an der Magnetkopfanordnung Reibungs- und Trägheitskräfte im Bandweg, welche der durch die Antriebsrolle 24 hervorgerufenen Bandbewegung in der Magnetkopfzone entgegenwirken. Andererseits ist eine teilweise federnde Antriebsrolle 24 mit hoher Reibung, wie beispielsweise eine Rolle mit einer Gummi- oder gummiähnliehen Oberfläche, vorteilhaft, wodurch der Bandzug des Magnetbandes 15 auf einen relativ niedrigen Wert von etwa 90 bis 275 g gebracht wird.
Das Fehlen von wesentlichen Reibungskräften zusammen mit dem Vorhandensein von Federungsmechanismen geringer Trägheit im Bandweg stellt sicher, daß das Magnetband 15 nur durch die Antriebsrolle 24 angetrieben wird. Weiterhin ist die Trägheit des Motors 44 und der Antriebsrolle um eine Größenordnung höher als die Trägheits- und Reibungskräfte entlang des Magnetbandes, da der Bandzug lediglich größer als der Wert sein muß, welcher zum Abziehen des Magnetbandes von der Antriebsrolle 24 während einer Beschleunigung erforderlich ist. Daher ist die Motor- und Antriebsrollenbewegung für die Bandbewegung direkt bestimmend.
Diese gleiche Möglichkeit der direkten Regelung
der Bandbewegung kann im Wirkungszusammenhang mit elektrischen Mitteln zur Erzeugung genauer Regelsignale für den Anlauf, das Bremsen und den stationären Laufzustand des Magnetbandes zur Anwendung kommen. Die Antriebsrolle ist über eine Motorwelle 42 direkt mit einem Gleichstromnebenschlußmotor 44 kleiner Trägheit, der im folgenden nur noch Motor benannt wird, gekuppelt. Der Motor 44 kann beispielsweise als Motor mit einem einen nicht rotierenden Eisenkern umgebenden Käfigläufer ausgebildet sein. Ein derartiger Motor ist besonders günstig, weil er nicht nur eine geringe Ankerträgheit, sondern auch in einem relativ großen Bereich eine lineare Drehmoment-Stromcharakteristik besitzt. Er hat zwar eine größere Induktivität als ein Motor mit einem Scheibenläufer, jedoch ist seine Drehmomentempfindlichkeit pro Trägheitseinheit des Läufers
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dreimal größer. Wird ein solcher Motor an ein me- nierter Spannungsverstärkung liefert ein Stromrück-
chanisches System mit sehr kleinem und praktisch kopplungssignal für den Treiberverstärker 46, wenn
konstantem Gegendrehmoment angekuppelt, so kann der über den Widerstand 51 fließende Motorstrom
die Größe und die Polarität des eingespeisten Stromes wenig größer als der im stationären Laufzustand auf-
zur linearen Geschwindigkeitsregelung des mecha- 5 genommene Strom ist. Eine Spannungsrückkopplung
nischen Systems verwendet werden. Eine lineare erfolgt über den Widerstand 50. Der Stromschwell-
Charakteristik ist allerdings nicht notwendig, solange wertverstärker 53 ist so ausgelegt, daß er bei Strömen
das Drehmoment mit wachsendem Strom ebenfalls wenig oberhalb des bei konstantem Drehmoment im
anwächst. stationären Laufzustand in den Motor fließenden
Im Anlauf- oder Bremsbetrieb werden große kon- io Stromes anspricht und eine Begrenzung des vom
stante Beschleunigungs- und Bremsströme auf den Motor 44 aufgenommenen Stromes auf einen Wert
Motor gegeben, während im stationären Laufzustand, vornimmt, welcher dem während des Anlaufs und des
also bei Betrieb mit konstanter Drehzahl, eine kon- Abbremsens zum Knotenpunkt 55 fließenden Strom
stante Spannung an den Motor gelegt wird. Beim proportional ist. Der Vergleichsverstärker 60 ist so
Schalten zwischen konstantem Strom und konstanter 15 ausgelegt, daß er einen relativ großen Strom in den
Spannung erfolgt eine noch zu beschreibende defl- Knotenpunkt 55 einspeist, wenn die Drehzahlmesser-
nierte und schnelle Regelung. spannung um einen gewissen Betrag, beispielsweise
Die Anordnung zur Steuerung der Drehzahl des etwa 20 °/o, von der Bezugsspannung VR abweicht. Ist
Motors ist als Blockschaltbild in F i g. 1 dargestellt. dies nicht der Fall, so liefert der Vergleichsverstärker
Die beiden Eingangssignale dieser Anordnung werden 20 60 kein Ausgangssignal.
durch die einstellbare Bezugsspannung VR und das Beim Anlaufen und Bremsen des Motors 44 fließt Gleichspannungssignal eines mechanisch ■ mit dem als Folge einer stufenförmigen Änderung der Bezugs-Motorantriebsrollen-System gekuppelten Drehzahl- spannung VR ein großer konstanter Strom vom Vermessers 48 gebildet. Die Bezugsspannung VR kann, gleichsverstärker 60 in den Knotenpunkt 55. Beim wie im folgenden noch beschrieben wird, auf zwei 25 Anlauf ist das Signal des Drehzahlmessers 48 zu- oder mehr Eingangsleitungen gegeben werden, jedoch nächst Null, während die Bezugsspannung VR ihre ist lediglich eine dieser Leitungen dargestellt. Für den volle Amplitude hat, so daß die Summe der über die Treiberverstärker 46 sind zwei Rückkopplungssignale Widerstände 62 und 63 an den Vergleichsverstärker vorgesehen, nämlich ein Spannungs- und ein Strom- 60 gelangenden Signale einen relativ großen konrückkopplungssignal. Das Spannungsrückkopplungs- 30 stanten Strom zum Knotenpunkt 55 bewirkt. Damit signal wird durch einen Widerstand (/?/.·) 50 geliefert, fließt über den Treiberverstärker 46 ein großer Beder parallel zum Treiberverstärker 46 liegt. Das schleunigungsstrom in den Motor 44. Der Motor-Stromrückkopplungssignal ist der Größe des Motor- strom bleibt von dem Wert an konstant, der dem stromes proportional und wird von einem im Motor- Stromgleichgewicht am Knotenpunkt 55 entspricht, kreis liegenden Widerstandst (Rc) abgeleitet und 35 Das Stromgleichgewicht ist so geartet, daß der vom über einen Stromschwellwertverstärker 53 auf einen Vergleichsverstärker 60 gelieferte und vom Treiber-Knotenpunkt 55 am Eingang des Treiberverstärkers verstärker 46 nicht aufgenommene Strom über den 46 gegeben. Der Stromschwellwertverstärker 53 be- Widerstand 56 zum Ausgang des Stromschwellwertsitzt eine definierte tote Zone und eine definierte Verstärkers 53 fließt. Damit baut der über den WiderVerstärkung. Er ist über den Widerstand 56 (Rs) an 40 stand 56 fließende Strom eine bestimmte Spannung den Knotenpunkt 55 geschaltet. Die Bezugsspannung am Ausgang des Stromschwellwertverstärkers 53 auf, VR wird über einen Widerstand 58 (Rin) an den die den Spannungswert an dessen Eingang festlegt, Knotenpunkt gegeben. da der Stromschwellwertverstärker, wie oben ausge-
Durch einen Vergleichsverstärker 60 wird ein führt, eine definierte Spannungsverstärkung besitzt,
weiteres Steuersignal erzeugt. Der Vergleichsverstär- 45 Hiermit ist die Spannung am Widerstand 51 (Rc) und
ker 60 addiert das Signal des Drehzahlmessers 48 und damit auch der vom Motor 44 aufgenommene Strom
die Bezugsspannung VR, welche über Widerstände 62 festgelegt.
und 63 auf den Vergleichsverstärker gegeben werden. Da der vom Motor 44 beim Anlaufen und Bremsen Das Ausgangssignal des Vergleichsverstärkers 60 ge- aufgenommene konstante Strom ein konstantes Drehlangt über einen Widerstand 65 (RL) an den Knoten- 50 moment hervorruft, wird der Motor in festgelegter punkt 55. Weise linear beschleunigt. Die Beschleunigung ist un-
In diesem System werden keine Drehmoment- abhängig vom Motorwiderstand und praktisch unab-
schwingungen der Anordnung aus Antriebsrolle, hängig von der Reibung in der Motorlast, weil, wie
Motor und Drehzahlmesser angefacht, wie es der Fall schon erwähnt, das Reibungsmoment sehr viel kleiner
sein würde, wenn die Drehzahlmesserspannung un- 55 als das für die träge Last erforderliche Beschleuni-
mittelbar auf den Eingang des Treiberverstärkers gungsmoment ist.
rückgekoppelt würde. Wegen der großen Dämpfung Der Maximalwert des Stromes wird aufrechterhalim Servosystem wurden allerdings wesentliche Ver- ten und die Beschleunigung bleibt konstant, bis der größerungen der Beschleunigungs- und Bremsinter- Motor 44 in die Totzone des Vergleichsverstärkers 60 valle im Anlauf- und Bremsbetrieb auftreten. Diese 60 gelangt; hier schaltet der Vergleichsverstärker. Der Schwierigkeit wird dadurch behoben, daß der Abschaltpunkt liegt bei etwa 80 % der Nenngeschwin-Treiberverstärker 46 in zwei verschiedenen Betriebs- digkeit des Magnetbandes. Bei eingeschaltetem Verzuständen betrieben wird. In Anlauf- und Bremszu- gleichsverstärker hängt die Stromabfallzeit von der stand wird ein konstanter Strom zur Beschleunigung Motorinduktivität, vom Motorwiderstand und dem und Bremsung eingespeist, während im stationären 65 relativen Stromwert am Beginn des Intervalls ab. Der Laufzustand eine konstante Spannung zur Geschwin- Stromschwellwertverstärker 53 bleibt allerdings noch digkeitsregelung angelegt wird. Der Stromschwell- für eine bestimmte Zeit in seinem aktiven Zustand, wertverstärker 53 mit definierter Totzone und defi- wodurch der Motorstrom schnell abnimmt, bis der
Unempfindlichkeitsbereich des Stromschwellwertverstärkers 53 erreicht ist. Daher ist die Stromabfallzeit kurz und die Beschleunigung nimmt ab, bis der gewünschte Wert für den stationären Laufzustand erreicht wird. Die Totzonen des Stromschwellwertverstärkers 53 und des Vergleichsverstärkers 60 sind so gewählt, daß optimale Anlaufbedingungen erhalten werden. Diese sind dann gewährleistet, wenn die Antriebsrolle 24 und das Magnetband 15 sich in einem kurzen Intervall mit abnehmender Beschleunigung bewegen, bis die Nennbetriebsgeschwindigkeit praktisch erreicht ist. In diesem Zeitpunkt gelangt das System in seinen konstanten Betriebszustand, ohne daß Übergangspendelschwingungen des gewünschten Geschwindigkeitswertes auftreten.
Im stationären Laufzustand arbeitet der Treiberverstärker 46 allein mit der Rückkoppelspannung des Rückkoppelzweiges aus dem Widerstand 50 zusammen, so daß an den Klemmen des Motors 44 eine konstante Spannung liegt. Der Motor läuft mit konstanter Last, welche durch die Reibung im Bandweg und im Motor sowie durch einen relativ geringen Spannungsabfall am Läuferwiderstand gebildet wird. In diesem Fall beträgt die gegenelektromotorische Kraft des Motors etwa 95% der angelegten Spannung. Darüber hinaus bleibt der Spannungsabfall am Läuferwiderstand etwa konstant. Damit bleibt auch die Drehzahl des Motors 44 konstant. Durch Kommutatoren bewirkte Drehzahländerungen sind bei derartigen Motoren klein. In einem praktischen System hoher Güte wird die Abhängigkeit der Motordrehzahl von Temperatur- und Zeitschwankungen in engen Grenzen gehalten. In dem betrachteten praktischen Fall wurde festgestellt, daß die Ausgangsspannung des Drehzahlmessers 48 sich bei geschlossenem Regelkreis oszillatorisch ändern würde, jedoch werden diese oszillatorischen Änderungen durch das beschriebene Abschalten des Vergleichsverstärkers 60 fast ganz eliminiert. Die beim Anlaufen und Bremsen des Motors 44 auftretenden oszillatorischen Vorgänge im Drehzahlmesser 38 sind unbedeutend, da sich in diesen Betriebszuständen der Servokreis auf konstantem Stromwert bzw. in verstärkungslosem Zustand befindet, wodurch die in diesem Fall kleineren Schwingungen der Drehzahlmesserspannung ausgeschaltet werden, da sie in die Totzone des Vergleichsverstärkers 60 fallen.
Arbeitet das System im Bremsbetrieb, so kehrt sich die Bezugsspannung VR um. Die Wirkungsweise ist daher die gleiche wie im Anlaufbetrieb. Die große Differenz zwischen Bezugsspannung und Drehzahlmesserspannung schaltet den Vergleichsverstärker 60 ein. Der Servokreis liefert einen konstanten Stromwert für den Motor 44. Da das Signal des Drehzahlmessers 48 relativ zur Bezugsspannung abnimmt, wird der Vergleichsverstärker 60 schließlich abgeschaltet. Der Stromschwellwertverstärker 53 senkt den Strom, bis seine Totzone erreicht ist und die Eigenabklingcharakteristik des Motors den endgültigen Stillstand bewirkt. Der Betrieb in umgekehrter Bandlaufrichtung erfordert Bezugsspannungen umgekehrter Polarität.
Die F i g. 2 zeigt Diagramme der Motordrehzahl, der Spannung und des Stromes beim Anlaufen, stationärem Zustand und Bremsen. Es sei angenommen, daß zu einer Zeit I1 ein »Anlaufkommando« in Form einer negativen Spannung an den Knotenpunkt 55 und an den Vergleichsverstärker 60 nach F i g. 1 gegeben wird. Der Vergleichsverstärker 60 und der Stromschwellwertverstärker 53 bewirken, wie oben beschrieben, einen konstanten Stromwert ist, so daß die Motordrehzahl S etwa konstant zunimmt. Da die Motordrehzahl zunimmt, gibt der Drehzahlmesser eine konstant anwachsende Spannung auf den Vergleichsverstärker 60, bis zum Zeitpunkt t2 ein vorgegebenes Verhältnis zur Bezugsspannung erreicht wird. In diesem Zeitpunkt wird der Vergleichsverstärker
ίο 60 abgeschaltet, wodurch infolge des viel geringeren Stroms im Knotenpunkt 55 der Stromschwellwertverstärker 53 den Strom und die Spannung vermindert, bis beim Schaltzeitpunkt /., seine Totzone bei einem Stromwert ivs erreicht wird. Der Motorstrom fällt auf einen durch die Motorinduktivität und den Motorwiderstand bestimmten Wert. Die Motorspannung wird während des Betriebs mit konstanter Drehzahl auf dem Wert Vrs gehalten. Die konstante Spannung V(:s bildet lediglich die gcgenelektromotorische Kraft, wie oben beschrieben. Der noch fließende Strom deckt nur die Reibungs-, Widerstands- und Wicklungsverluste.
Das Bremssignal ergibt sich aus einer Umschaltung der Bezugsspannung auf Null- oder das umgekehrte Bezugsspannungsniveau. Dabei wird die Spannung stark negativ, da der Vergleichsverstärker wieder eingeschaltet wird. Es wird ein konstanter Strom für die Abbremsung erzeugt. Der Strom wird auf dem mit — /<,·, bezeichneten Wert gehalten. Zur Zeit t(. schaltet der Vergleichsverstärker 60 ab. Die Spannung macht eine scharfe Änderung in umgekehrter Richtung, wodurch die Motorinduktivität entladen wird. Der Strom sinkt ebenfalls stark ab, bis der Stromschwellwertverstärker 53 seine Totzone erreicht. Danach bringt ein normaler Stromabfall den Motor 44 schnell zum Stehen.
Ein Ausführungsbeispiel der verwendeten elektrischen Schaltung zeigt F i g. 3, in der gleiche Elemente wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die verschiedenen Verstärker und ihre Anordnung entspricht der Darstellung nach Fig. 1. Die elektrische Schaltung ist lediglich detaillierter dargestellt, wobei jedoch bestimmte für den Fachmann leicht verständliche Abwandlungen mit berücksichtigt sind. Zum Beispiel sind für Bezugsspannungen verschiedene Eingangsleitungen vorgesehen, welche für den Vorlauf positiv und für den Rücklauf negativ angenommen werden. Fehlende Bezugsspannungen an beiden Leitungen bedeutet ein Stopsignal.
Weiterhin geht der Spannungsrückkopplungszweig vom Verbindungspunkt zweier Spannungsquellen 70 aus, wobei dieser Verbindungspunkt mit einer Klemme des Motors 44 verbunden ist. Der Spannungsrückkopplungszweig übt die gleiche Funktion
aus wie derjenige in Fig. 1. Der Stromkreis von den Enden der Spannungsquelle 70 über den Leistungsverstärker 73, den Widerstand 51 und den Motor 44 ist dem in F i g. 1 in vereinfachter Weise dargestellten Stromkreis äquivalent, jedoch werden in der Praxis mit der Ausführung nach F i g. 3 Vorteile erzielt.
Der Treiberverstärker 46 besteht aus zwei Verstärkern, nämlich aus einem Vorverstärker 72 (im Zusammenhang mit dem Vergleichsverstärker 60 im einzelnen beschrieben) und einem Leistungsverstärker
73. Der Leistungsverstärker 73 liefert die Ströme geeigneter Größe und beider Polaritäten für den Motor. Dieser Leistungsverstärker ist an die Spannungsquelle 70 angeschlossen. Der Knotenpunkt 55, an den so-
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wohl die Bezugsspannung und die über den Wider- portionale Beziehung zwischen der Bezugsspannung stand 50 rückgekoppelte Spannung gelangen, ent- und der vom Drehzahlmesser 48 gelieferten Spanspricht einer geregelten Spannungsquelle, wenn die nung festgelegt. Wie im Zusammenhang mit F i g. 2 vom Stromschwellwertverstärker 53 und vom Ver- schon beschrieben, schaltet eine Drehzahlmesserspangleichsverstärker 60 kommenden Signale abgeschaltet 5 nung, die größer als etwa 70 bis 90 % der Bezugssind. spannung ist, den bipolaren Schalter 78 in die »Aus«-
Ein spezielles Beispiel eines geeigneten Verstärkers Stellung, wodurch der Vergleichsverstärker 60 abge-
76 im Vergleichsverstärker60 ist in Fig. 3 darge- schaltet wird. Das entspricht einer Annäherung der
stellt. Ein derartiger Verstärker kann auch für die als Bandgeschwindigkeit (im Beispiel auf 70 bis 90%)
Blockschaltbild dargestellten Kreise in den anderen io an die gewünschte Vor- oder Rücklaufgeschwindig-
Schalteinheiten verwendet werden. Der Verstärker 76 keit.
speist einen bipolaren Schalter 78 zur Erzeugung von Die Totzone des Stromschwellwertverstärkers 53 positiven und negativen Signalen gleicher Amplitude ist, wie schon im Zusammenhang mit. Fig. 2 bein Abhängigkeit vom Amplitudenverhältnis zwischen schrieben, enger, d. h. dieser Stromschwellwertverder Bezugsspannung und der Drehzahlmesserspan- 15 stärker sperrt, wenn die Bandgeschwindigkeit nur nung. Liegt dieses Spannungsverhältnis in einem ge- wenige Prozent von der Nenngeschwindigkeit abgebenen Proportionalitätsbereich, so werden die posi- weicht.
tiven oder negativen Signale des bipolaren Schalters Im folgenden wird eine nähere Erläuterung der mit 78 abgeschaltet, da der Verstärker 76 sperrt. Eine dem Knotenpunkt 55 verbundenen Widerstände geeingehende Beschreibung dieses Verstärkers erübrigt 20 geben. Der Rückkopplungswiderstand 50 (RF) ist wesich, da jede geeignete Ausführungsform verwendbar sentlich größer als der mit dem Stromschwellwertverist; die dargestellte Ausführungsform hat sich jedoch stärker 53 verbundene Widerstand 56 (Rs)- Beim Anals günstig erwiesen. Die über die summierenden laufen und Bremsen ist der vom Vergleichsverstärker Widerstände 62, 63' und 63" gelangenden Bezugs- 60 gelieferte Strom größer als der Strom in dem spannungen und die Drehzahlmesserspannung werden as Treiberverstärker, d.h., der größte Teil des Stroms auf die Basis des ersten Transistors eines Differen- fließt über den Widerstand 56. Mit dem so festgezialverstärkers 80 angegeben, dessen Ausgangs- legten Ausgangssignal des Stromschwellwertverstärsignale über einen in Emitter-Schaltung betriebenen kers53 liegt auch der Spannungswert an der mit Transistor 82 an einen Inverter-Transistor 83 ge- diesem Verstärker verbundenen Klemme des Motors langen. Im Emitter-Kreis des Invertertransistors 83 30 44 fest, d. h., in den Motor fließt bis zum Ende der liegt aus Stabilisierungsgründen eine Zenerdiode 84. Übergangszustände ein konstanter Strom. Bei statio-Der Knotenpunkt am Eingang des Vergleichsverstär- närem Laufzustand beeinflussen der Stromschwellkers 60 ist über einen relativ großen Widerstand 86 wertverstärker 53 und der Vergleichsverstärker 60 (33 kQ) mit dem Kollektor des Invertertransistors 83 den Motorstrom Vnd die Motorspannung nicht, da sie verbunden. Damit ist die Verstärkung des Verstär- 35 gesperrt sind.
kers 76 festgelegt. Das Ausgangssignal des Verstär- Das beschriebene System ist praktisch unabhängig
kers 76 ändert sich in zwei Richtungen, um bei be- von Änderungen der Umgebungstemperatur oder des
stimmten Spannungswerten je einen der komplemen- Motorwiderstandes. Es unterscheidet sich also von
tären, in Serie geschalteten Transistoren 88 zu einem Servosystem mit konstanter Spannung, bei dem
sperren. Diese Transistoren 88 sind über geeignet ge- 40 das Drehmoment der Startphase nicht konstant ist
polte Dioden 89 bzw. 90 an den Verstärker 76 ange- und mit dem sich durch Motorerwärmung ändernden
koppelt und symmetrisch vorgespannt, so daß immer Läuferwiderstand des Motors variiert. In einem
nur einer gesperrt ist, wenn ein über einem bestimm- Servosystem mit konstanter Spannung nimmt der
ten Wert liegender Spannungssprung am Ausgang des Motorstrom so langsam ab, daß Drehmomentüber-
Verstärkers 76 auftritt. Dieser Wert des Spannungs- 45 Steuerungen auftreten.
Sprungs bestimmt im Zusammenhang mit einer de- An Stelle der beschriebenen und dargestellten Ein-
finierten Verstärkung des Verstärkers den Schalt- zelkreise können auch Abwandlungen davon mit
punkt der Totzone des Vergleichsverstärkers 60. Die Vorteil zur Anwendung kommen. Beispielsweise kann
von jedem der Transistoren 88 kommenden Signale im System nach F i g. 4 ein Servokreis mit Verstär-
werden über jeweils zwei hintereinandergeschaltete 50 kern begrenzter Bandbreite benutzt werden, welcher
Dioden 92 bzw. 93 wieder vereinigt. Diese Dioden bei stationärem Laufzustand von den Signalen des
verhindern im Sperrfalle einen Stromfluß infolge von Drehzahlmessers 48 über den Widerstand 50 beein-
Gleichspannungsschwankungen. Es ist vorteilhaft, flußt wird. Dabei wird die Rückkoppelspannung des
den summierenden Widerstand 65, wie dargestellt, Treiberverstärkers 46 vom Drehzahlmesser 48 abge-
aufzuspalten, um das Signal an den Knotenpunkt 55 55 nommen, wobei die übrigen Teile des Systems gleich
zu geben. sind. Die Bandbreite der Verstärker des Servokreises
Der Stromschwellwertverstärker 53 besteht aus wird durch Ausbildung der Ansprechcharakteristik
einem Verstärker 94 und hintereinandergeschalteten des Treiberverstärkers 46 nach den folgenden Ge-
Diodenpaaren. Sichtspunkten in an sich bekannter Weise vorge-
Es ist vorteilhaft, die Totzone dieses Kreises durch 60 nommen.
zwei parallelliegende Diodenpaare 96, 97 genau zu Treten bei einer bestimmten Frequenz, beispiels-
definieren. Diese Dioden legen vorgegebene und feste weise bei 1 kHz, mechanische Schwingungen auf, so
Totzonen für den Stromschwellwertverstärker 53 fest. muß die Servobandbreite (das ist die Frequenz, bei
Bei der Schaltung nach F i g. 3 sind die Größen der der die Kreisverstärkung auf 1 absinkt) auf einen
Totzonen des Stromschwellwertverstärkers 53 und S5 kleinen Bruchteil der Störfrequenz gesenkt werden,
des Vergleichsverstärkers 60 zueinander und in Be- Dieser Bruchteil beträgt im allgemeinen etwa ein
Ziehung zum Servosystem genau festgelegt. Die Tot- Zehntel der Frequenz, im vorliegenden Beispiel also
zone des Vergleichsverstärkers 60 ist durch eine pro- 100 Hz. Diese Bandbreite reicht bei Servokreisen mit
einem Sägezahngenerator zur Erzeugung der Signale bei Anlauf oder Abbremsen nicht aus; für den stationären Laufzustand genügt sie jedoch. Daher wird der Anlauf und das Abbremsen so geregelt, wie an Hand der F i g. 1 beschrieben wurde. Beim Anlauf sind die
Signale so ausgebildet, wie diejenigen nach F i g. 2 bis zur Zeit i3. Von diesem Zeitpunkt an wird die Servoregelung durch das Signal des Drehzahlmessers 48 bestimmt, wodurch eine konstante Drehzahl aufrechterhalten wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines ein Magnetband antreibenden, konstant erregten Gleichstrom-Nebenschlußmotors in beiden Drehrichtungen beim Anlauf, im stationären Laufzustand und beim Bremsen, die beim Anlauf und beim Bremsen dem Anker des Motors einen konstanten Strom zuführt und im stationären Laufzustand an den Anker eine konstante Spannung legt, mit einem den Anker des Motors speisenden Treiberverstärker, der von einer dem Vorlauf, dem Rücklauf oder dem Stillstand des Motors entsprechenden, von einer Bezugsspannungsquelle gelieferten, der Soll-Drehzahl des Motors entsprechenden Bezugsspannung gesteuert ist, mit einem an den Motor gekuppelten Drehzahlmesser, der eine der Ist-Drehzahl des Motors entsprechende Gleichspannung liefert, und mit einer Vergleichsschaltung, deren Eingänge an den Drehzahlmesser und an die Bezugsspannungsquelle angeschlossen sind und deren Ausgang an den Treiberverstärker angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung einen als Schwellwertverstärker ausgebildeten Vergleichsverstärker (60) aufweist, der sich selbsttätig abschaltet, wenn die Ist-Drehzahl des Motors (44) einen vorgegebenen Anteil der Soll-Drehzahl des Motors (44) erreicht hat, und daß an den Eingang des Treiberverstärkers (46) eine von dem den Anker durchfließenden Strom gesteuerte Stromgegenkopplungsschaltung angeschlossen ist, die einen Stromschwellwertverstärker (53) enthält, der sich selbsttätig abschaltet, wenn die Ist-Drehzahl des Motors (44) einen vorgegebenen Anteil der Soll-Drehzahl des Motors (44) erreicht hat, der höher ist als der Anteil, bei dem sich der Vergleichsverstärker (60) abschaltet.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Treiberverstärkers (46) eine Spannungsgegenkopplungsschaltung (50) liegt.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsverstärker (60) so ausgelegt ist, daß er sich selbsttätig abschaltet, wenn die Ist-Drehzahl des Motors (44) 0,7 bis 0,9 seiner Soll-Drehzahl entspricht.
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